三角波脉动流通栓的晶格玻尔兹曼方法模型

血液栓塞作为心血管疾病的一大诱因, 其形成机理及外部因素一直是医学、生物物理等领域专家关心的问题. 血栓的形成及其结构复杂多样, 大大增加了治愈血栓的难度. 脉动对于疏通血液栓塞有良好的作用, 而由于血液的黏滞作用以及红细胞的惯性, 脉动流的波形、振幅和频率都会影响通栓的效果. 本文主要基于晶格玻尔兹曼方法, 在栓塞的锥形管中, 用三角波脉动流进行通栓计算, 探索三角波脉动流的波形、压差、频率对血管通栓效果的影响. 计算发现, 低频低压条件下三角波脉动流通栓效果不明显, 而高频条件下通栓效果良好; 适当增加压差, 可以提高能通栓的三角波脉动流的频率.     

脉动流血液通栓的晶格玻尔兹曼模型

本文把血浆看为水,红细胞当作密度为水的悬浮刚性小球,模拟脉动流在锥形管的中的通栓.首先在一定的压积和压差下,在锥形管中产生稳定的栓塞,然后用脉动流来通栓.改变脉动流的频率研究脉动流通栓的条件.     

水平管气液两相泡状流紊流结构的准三维测量

用两个X型热膜探针对内径为35mm的水平管内气液两相泡状流的三维紊流结构进行了准三维测量,得出了沿不同直径的轴向、径向和周向的紊流脉动速度和雷诺应力分布。发现在水平管下部脉动速度和雷诺应力与单相流动时的分布规律相似;在管子上部由于空气泡的存在增强了脉动速度;在某些区域内,周向的脉动值甚至比径向和轴向的相应值还要高。水平气液两相泡状流中雷诺应力-uw不为零,在管子的上部甚至和-uv有相同的量级。给出了由于气泡引起的紊流脉动与总素流脉动比值沿径向的分布。     

离心泵导叶流道进口处压力脉动研究

为研究离心泵导叶流道进口处压力脉动的分布及传播规律,深入探究导叶式离心泵内动静干涉作用机理。试验采集某核级离心泵相邻两个导叶流道进口处压力脉动信号,并对其进行分析。结果表明:模态节径模式分析方法可以用来分析预测压力脉动主要特征频率成分,导叶流道进口处压力脉动主要为叶片通过频率及其倍频,并以此形式沿叶轮旋转方向向下传播。相同导叶流道进口处流体流动具有不均匀性,各测点压力脉动主要特征频率及最大幅值对应频率不同。压力脉动在叶片通过频率及其倍频处相关性强,随着流量增大至设计工况,压力脉动能量逐渐集中到叶片通过频率及其倍频处。研究可为降低泵内压力脉动提供一定参考。     

脂肪颗粒在颈动脉中的运动及其对血液动力学的影响

很多研究表明, 动脉粥样硬化通常发生在具有复杂血液动力学的区域, 比如分叉动脉和弯曲动脉. 这些地方常伴随有低壁面剪切力或震荡壁面剪切力, 这是动脉粥样硬化形成的一大诱因. 使用计算流体力学软件对2D颈动脉分叉血管进行了模拟, 研究了脂肪颗粒在颈动脉中的运动及其对血液动力学的影响. 研究表明: 1)血管狭窄对于脂肪颗粒的运动有重要影响, 同时也影响栓塞的形成; 2)脂肪颗粒可能会黏附在血管壁面, 但由于血流的冲击作用, 脂肪颗粒会随后在壁面略微铺展; 3)颈动脉狭窄区域后方是下一个血栓的可能生长位点; 4)当栓塞形成时, 速度和壁面剪切力分布将变得复杂多变, 这对于血管是有害的.     

分叉血管处宽颈动脉瘤的血液动力学分析

考虑血管壁的弹性变形因素，基于临床上某患者的分叉血管处宽颈动脉瘤，建立了分叉血管处宽颈动脉瘤的流固耦合模型。采用计算流体动力学(CFD)数值模拟的方法，研究了脉动条件下个性化分叉血管处宽颈动脉瘤内血液流动特性，分析了分叉血管处宽颈动脉瘤内的血流速度分布特征、壁面压力、壁面切应力等血液动力学影响因素。研究结果表明，脉动周期内，血管分叉处易促成动脉瘤的生长与发展，宽颈动脉瘤的瘤颈与瘤顶处破裂风险较大。     

脉动参数对波纹通道内传热强化的影响

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLER算法,数值研究了波纹通道内脉动流动与换热情况,流动Re数的范围为5~500,Pr数为0.7.计算考察了脉动参数如脉动频率和振幅对通道内强化传热和压力损失的影响.研究结果表明,流动阻力特性呈周期性余弦规律变化,换热Nu数呈正弦规律变化;频率、振幅的增大,使得阻力脉动幅度增大.受入口脉动流的影响,通道内的旋涡发生周期性的脱落、增长和迁移,从而增强了流体之间的扰动和掺混,强化了传热;传热的强化效果随着振幅的增大而增强,但在特定入口脉动流下,相同振幅不同频率下的强化效果几乎一致.     

基于AMESim的液氮并联管道两相流不稳定性仿真研究

低温并联管道广泛存在于工业设备中,其两相流不稳定性对设备的运行性能和系统安全有重要影响。搭建专门的实验系统结构与参数改变比较困难,测量精度不高,试验耗费大,周期长。基于多学科仿真平台AMESim R13建立了两根并联受热管道系统的液氮汽液两相流动传热模型,对其管间脉动特性及两相流不稳定性影响因素进行仿真和分析。结果表明液氮并联受热管道管间脉动属于密度波脉动,两支管内的流量作完全的反向脉动;系统压力、质量流量、进口管阻增加,界限热负荷增大,对系统稳定性有利;研究结果为液氮并联管道管间脉动消除的工程措施提供了理论参考,为其两相流不稳定性定量研究提供了借鉴。     

水泵水轮机空载开度压力脉动特性预测

为了解水泵水轮机非同步导叶启动过程空载开度下的压力脉动特性,优化机组的性能提高并网成功几率,采用RNG k-ε模型对水泵水轮机非同步导叶空载点进行模拟,并对内部流场和压力脉动特性进行了分析。结果表明,转轮与活动导叶之间的压力脉动由叶片通过频率央定,尾水管涡带的周期性旋转导致尾水管进口呈现低频压力脉动,压力脉动幅值最大处位于预开启同步导叶与转轮之间。     

脉动流方柱绕流特性研究

本文数值模拟雷诺数Re=100的条件下,脉动流振幅和频率分别为0.2≤A≤0.8和0≤f_P≤20 Hz时方柱绕流特性.通过数值计算得到方柱绕流的升、阻力系数,涡脱频率及尾涡特性,且稳定流下计算结果与文献结果一致。研究结果表明脉动流是一种有效的主动流动控制方法;在脉动流频率f_P为1.2~2.6自然涡脱频率f_(sn)时,旋涡脱落频率存在"锁定"现象;在锁定范围内,尾涡形成区域变短,时均阻力系数显著增大,且在脉动流频率等于两倍频率时,时均阻力系数达到峰值;随着振幅的增大,频率"锁定"范围增大。     

用晶格玻尔兹曼方法研究血液在分岔管中的栓塞

血液栓塞形成机理一直是学术界研究的热点.本文将以圆形刚性颗粒在分岔管中的运动模拟血液在微血管中的运动,对血液在分岔管中的栓塞现象作了初步研究.重点研究了当血管发生分岔时,血管中血液流速的变化以及血栓形成的概率.得出结论,压积越大越容易发生栓塞,压差越大越不易发生栓塞.分岔管的入口和分岔处最容易发生栓塞.血液经分岔管后,大管中的压积比小管的高.     

Experimental study of the cavitation noise and vibration induced by the choked flow in a Venturi reactor

In this paper, the cavitation performance and corresponding pressure pulsation, noise and vibration induced by the choked cavitating flow in a Venturi reactor are investigated experimentally under different cavitation conditions by using high-speed camera and high frequency sensors. Based on the instantaneous continuous cavitation images, the Proper Orthogonal Decomposition (POD), a tool to analyze the large-scale cavitation flow structure, is applied to investigate the choked cavitating flow dynamics. The POD results show that two mechanisms, re-entrant jet flow mechanism and shock wave mechanism, govern the shedding and collapse of cavitation cloud at different pressure ratios. These mechanisms contribute to the variation of pressure pulsation, noise and vibration at different pressure ratios. The pressure pulsation spectrum behaves differently in various cavitation regions induced by the choked cavitating flow. Due to the existence of low pressure in re-entrant region, the influence of high frequency fluctuation on pressure pulsation caused by re-entrant flow is small. Moreover, with the increase of pressure ratio, the induced noise and vibration intensity decreases gradually, then increases and reaches a maximum value. Finally, it drops to a low and stable level. Despite different inlet pressures, the intensity of cavitation noise and vibration reaches the maximum value at the same pressure ratio. Specifically, the FFT analysis of noise and vibration signals indicates that low frequency component prevails at small pressure ratio owing to the re-entrant jet mechanism, while high frequency component prevails at large pressure ratio owing to the shock wave mechanism. The relationship between the choked cavitation dynamics and the induced pressure pulsation, noise and vibration in the Venturi reactor is highlighted. The results can provide guidance for the optimal operation condition of the Venturi reactor for cavitation applications such as water treatment.     

垂直上升管内气液两相流流型鉴别研究

本文以低压空气一水作介质,进行了垂直上升管内气液两相流流型鉴别的实验研究;采用沿垂直管局部轴向压差信号及压差信号的统计分析并借助高速闪光观测仪进行可视化观察鉴别流型。实验结果发现,利用压差的时域信号和信号的功率谱密度函数（ＰＳＤ）,可以客观地判别垂直上升管内泡状、弹状和环状三种主要流型。     

水平管段塞流压力/压差波动特性分析

本文在对水平管段塞流压力波动特性进行理论分析的基础之上,对其压力/压差波动特性进行了试验研究。结果表明,折算液速对段塞频率的影响作用远大于折算气速的影响作用;分别增加管线中的气量、液量,或者气液量同时增加,均会造成管线运行过程中均值压力/压差和最大压力/压差的增加;压力信号的概率密度分布大部分呈双峰分布,但其中也存在单峰和多峰分布;压差信号的概率密度符合正态分布;压力信号的功率谱密度具有频率波动范围窄、幅值大的特点;与同工况压力信号的功率谱密度相比,压差信号的功率谱密度具有频率波动范围宽、幅值小的特点。     

水平管道段塞流特征参数的压差波动分析

分析了压力波动信号互相关求液塞速度存在的不足，引入了压差波动分析法；明确了液塞到达和离开上、下游测压点的时刻与压差波动信号起峰点与落峰点位置的关系；指出了压差信弓脉冲宽度为液塞义到达上游测压点和液塞尾离开下游测压点的时间间隔，脉冲宽度与液塞速度的乘积为液塞长度与差压传感器间距之和．把空气－水、柴油和机械油的试验结果与文献中经验关系式进行了对比，验证了该测量方法的正确性．     

气液两相流压力波色散特性实验研究

设计了可调频式压力扰动源的气液两相流压力波实验装置,实验研究了垂直上升管内气液两相流泡状流、弹状流压力波的色散规律。实验结果表明,对泡状流,在实验范围内,压力波的传播速度及其衰减跟扰动频率有关,随着扰动频率的增加,波速及其衰减都增加;工质的流速对压力波的色散特性没有影响。结合数值模拟结果,验证了泡状流压力波色散特性的临界频率现象,即高于临界频率,压力波色散特性消失,本文分析了相应的物理机制。对弹状流,压力波同样具有典型的色散特性,已有研究结果还不能预测其色散规律。     

Lattice Boltzmann Simulation of One Particle Migrating in a Pulsating Flow in Microvessel

A lattice Boltzmann model of two dimensions is used to simulate the movement of a single rigid particle suspended in a pulsating flow in micro vessel.
The particle is as big as a red blood cell, and the micro vessel is four times as wide as the diameter of the particle. It is found that Segré-Silberberg effect will not respond to the pulsation of the flow when the Reynolds number is relatively high. However, when the Reynolds number is low enough, Segré-Silberberg effect disappears. In the steady flow, different initial position leads to different equilibrium positions. In a pulsating flow, different frequencies of pulsation also cause different equilibrium positions. Particularly, when the frequency of pulsation is closed to the human heart rate, Segré-Silberberg effect presents again. The evolutions of velocity, rotation, and trajectory of the particle are investigated to find the dynamics of such abnormal phenomenon.