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相似文献
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1.
一种确定均匀动脉壁面切应力的非线性方法   总被引:4,自引:0,他引:4  
覃开蓉  姜宗来 《力学学报》2005,37(2):225-231
从Ling和Atabek提出的``局部流'理论出发,提出一种利用测量血液黏度、管轴上 的血流速度、压力和管径波形计算均匀动脉管壁切应力的非线性方法. 将这种方法与柳兆荣 等提出的利用测量血液黏度、管轴上的血流速度和平均管径计算切应力的线性方法比较,结 果表明,当管壁脉动幅度较小时,两种方法计算的压力梯度、流速剖面和管壁切应力差别较 小;而当管壁脉动幅度增大时,两种方法计算的压力梯度、流速剖面和管壁切应力差别增大. 对于小幅脉动均匀动脉,用线性方法计算管壁切应力有较高的精度;而对于大变形 均匀动脉,则需要考虑非线性因素对管壁切应力的影响. 由于作为输入量的血液黏度、轴心 血流速度、压力波形和管径波形可在活体上通过无损伤或微损伤的检测方法得到, 所提出的计算切应力的方法为在体或离体研究切应力与动脉重建的关系提供了方法学基础.  相似文献   

2.
Taylor补丁对新型动脉旁路移植流场影响的数值分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
为了研究Taylor补丁对新型(S型)动脉旁路移植术中吻合口处流场的影响,使用数值方法研 究了采用Taylor补丁和未采用该补丁的两个S型旁路移植模型内流场的血流动力学差异. 对 流速、壁面切应力和切应力梯度等参数进行了比较分析. 结果表明,Taylor补丁对吻合口的 流场有显著影响. 采用Taylor补丁的模型其下游吻合口处的流场分布较未采用补丁的模型更 均匀,二次流平均流速减小约34.48%,壁面切应力梯度减小约52.22%,从壁面切应力 梯度方面分析,这将有助于改善血流动力学分布,抑制动脉粥样硬化. 但从壁面切应力值分 析,其动脉底部的壁面低切应力区明显增大,平均壁面切应力值减小30.33%,这又将促 使动脉粥样硬化. 因此,Taylor补丁是否对S型搭桥术具有治疗优越性,仅从血流动力学分 析尚不能定论,配合数值计算结果进行动物和临床实验研究是十分必要的.  相似文献   

3.
弯曲动脉的血流动力学数值分析   总被引:14,自引:0,他引:14  
利用计算流体力学的理论和方法对弯曲动脉中的血流动力学进行数值分析,是研究心血管疾病流体动力学机理的一种行之有效的方法。本文将升主动脉、主动脉弓和降主动脉联系起来作为弯曲动脉几何模型,给出了血液流动的边界条件以及计算条件。根据生理脉动流条件,对狗的弯曲动脉几何模型内发展中的血液流动进行了有限元数值模拟,并利用可视化方法对血液流动的轴向速度、二次流、壁面切应力等计算结果进行了分析。研究结果表明,在弯管内侧壁处,同时存在主流方向和二次流方向的回流,此处容易形成涡流。弯管内侧壁比外侧壁的壁面切应力具有更强的脉动性。  相似文献   

4.
本文求解局部缓慢扩张动脉管中血液振荡流的基本方程,得到血管内血液的流速与压力梯度的关系。通过导出压力梯度沿局部扩张管轴向的变化特性。建立利用扩张段上游血管均匀段中心流速波形确定局部扩张管中血液流的速度和切应力分布的方法,文章以人体颈动脉余弦扩张为例进行分析。详细讨论了局部扩张对血管壁切应力及其梯度分布的影响。数值结果表明,在与刚性均匀管中管壁切应力沿轴向保持不变不同,在局部扩张段,管壁切应力将随着血管半径的增大而减小,因而管壁切应力梯度一般不为零,甚至在某些位置达到相当大的数值。另外,随着血管扩张程度的增加,管壁切应力还将进一步减小,而且管壁切应力梯度也将进一步增大,血管扩张导致管壁切应力的这些变化将直接影响血管壁的结构和功能,使其产生适应性的变化。  相似文献   

5.
通过在平板壁面施加不同频率振幅的压电陶瓷振子周期性扰动,进行了湍流边界层主动控制减阻的实验研究.在压电陶瓷振子最大减阻工况下(80 V和160 Hz),使用单丝边界层探针对压电振子自由端下游2 mm处进行测量,得到不同法向位置流向速度信号的时间序列.通过对比施加控制前后的多尺度分析,发现压电振子产生的扰动只对近壁区产生影响,使得近壁区大尺度脉动降低,小尺度脉动强度增大,而对边界层的外区则基本没有影响.进一步对大尺度和小尺度的脉动信号进行条件平均,发现压电振子产生的扰动对小尺度脉动的影响在时间相位上并不均匀,小尺度脉动强度在大尺度脉动为正时比在大尺度脉动为负时具有更明显的增加.这表明壁面周期扰动主要通过使大尺度高速扫掠流体破碎为小尺度结构,来影响相应的高壁面摩擦事件,从而达到减阻效果.  相似文献   

6.
生物机械力被普遍认为在动脉粥样硬化晚期斑块进程及最终破裂中起着重要的作用. 本文的目的是研究血流灌注、动脉内压、斑块组织和材料特性等因素对斑块局部流动切应力 及斑块结构应力 水平的影响,同时评价临床中的非介入辅助循环疗法 —— 体外反搏 对斑块局部应力水平的干预作用. 采用结合猪动物模型在体测量及三维流固耦合数值仿真的研究方法. 结果显示,当斑块狭窄率一定时 (50%),斑块的流动切应力水平主要由血流灌注决定;而斑块结构应力主要取决于动脉内压及纤维帽 厚度. 只有在纤维帽足够薄的情况下,斑块的材料特性才对斑块结构应力有显著影响;当纤维帽最薄同时脂质池材料最软时,临界斑块壁面应力 因子达到极值的 257.72 kPa (正常生理状态) 及 300.20 kPa (体外反博状态). 由于最大壁面应力、临界斑块壁面应力 及全局最大斑块壁面应力 三个应力因子中,只有临界斑块壁面应力 明显受纤维帽厚度和脂质池材料特性的影响,因此 其可能与斑块进程的关联最为紧密. 此外,体外反博作用明显提高了晚期斑块的应力水平,这是否会给斑块进程及重构带来慢性的影响,需要作更深入的研究.   相似文献   

7.
生物机械力被普遍认为在动脉粥样硬化晚期斑块进程及最终破裂中起着重要的作用.本文的目的是研究血流灌注、动脉内压、斑块组织和材料特性等因素对斑块局部流动切应力及斑块结构应力水平的影响,同时评价临床中的非介入辅助循环疗法——体外反搏对斑块局部应力水平的干预作用.采用结合猪动物模型在体测量及三维流固耦合数值仿真的研究方法.结果显示,当斑块狭窄率一定时(50%),斑块的流动切应力水平主要由血流灌注决定;而斑块结构应力主要取决于动脉内压及纤维帽厚度.只有在纤维帽足够薄的情况下,斑块的材料特性才对斑块结构应力有显著影响;当纤维帽最薄同时脂质池材料最软时,临界斑块壁面应力因子达到极值的257.72 k Pa(正常生理状态)及300.20 k Pa(体外反博状态).由于最大壁面应力、临界斑块壁面应力及全局最大斑块壁面应力三个应力因子中,只有临界斑块壁面应力明显受纤维帽厚度和脂质池材料特性的影响,因此其可能与斑块进程的关联最为紧密.此外,体外反博作用明显提高了晚期斑块的应力水平,这是否会给斑块进程及重构带来慢性的影响,需要作更深入的研究.  相似文献   

8.
减阻工况下壁面周期扰动对湍流边界层多尺度的影响   总被引:1,自引:0,他引:1  
通过在平板壁面施加不同频率振幅的压电陶瓷振子周期性扰动,进行了湍流边界层主动控制减阻的实验研究.在压电陶瓷振子最大减阻工况下(80 V和160Hz),使用单丝边界层探针对压电振子自由端下游2mm处进行测量,得到不同法向位置流向速度信号的时间序列.通过对比施加控制前后的多尺度分析,发现压电振子产生的扰动只对近壁区产生影响,使得近壁区大尺度脉动降低,小尺度脉动强度增大,而对边界层的外区则基本没有影响.进一步对大尺度和小尺度的脉动信号进行条件平均,发现压电振子产生的扰动对小尺度脉动的影响在时间相位上并不均匀,小尺度脉动强度在大尺度脉动为正时比在大尺度脉动为负时具有更明显的增加.这表明壁面周期扰动主要通过使大尺度高速扫掠流体破碎为小尺度结构,来影响相应的高壁面摩擦事件,从而达到减阻效果.   相似文献   

9.
采用大涡模拟方法,模拟了槽道湍流,得到了不同雷诺数下槽道湍流的结果.在此基础上,研究了平均速度、雷诺应力、脉动动能和脉动速度均方根的分布;讨论了平均速度的壁面律问题;给出了雷诺应力、脉动动能和脉动速度均方根随雷诺数的变化规律,其中雷诺应力、脉动动能给出了定量公式.  相似文献   

10.
王玉春  姜楠  舒玮 《实验力学》2005,20(Z1):21-25
用热膜测速仪以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率,精细测量了水槽中刚性壁面和柔性壁面平板湍流边界层不同法向位置流向速度分量的时间序列信号,利用湍流边界层近壁区域的对数律平均速度剖面与壁面摩擦速度、流体粘性系数、壁面摩擦切应力等内尺度物理量的关系,在准确测量湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面的基础上,通过非线性迭代求解壁面摩擦速度以及湍流边界层壁面摩擦切应力.结果表明柔性壁的湍流边界层速度分布在对数律层有所上移,缓冲层增厚,说明柔性壁面具有一定的减阻作用. 利用湍流多尺度局部平均结构函数的概念和多尺度局部平均结构函数的瞬时强度因子、平坦因子检测多尺度相干结构及其间歇性的方法,提取了湍流边界层多尺度相干结构的条件相位平均波形.对比研究了刚性壁面和柔性壁面平板湍流边界层近壁区域多尺度相干结构的条件相位平均波形及其间歇性的统计特征,分析了柔性壁面具有减阻作用的物理机理.  相似文献   

11.
To get a clear picture of the pulsatile nature of blood flow and its role in the pathogenesis of atherosclerosis, a comparative study of blood flow in large arteries is carried out using the two widely used models, McDonald's and Burton's models, for the pressure gradient. For both models, the blood velocity in the lumen is obtained analytically. Elaborate investigations on the wall shear stress (WSS) and oscillatory shear index (OSI) are carried out. The results are in good agreement with the available data in the literature. The superiority of McDonald's model in capturing the pulsatile nature of blood flow, especially the OSI, is highlighted. The present investigation supports the hypothesis that not only WSS but also OSI are the essential features determining the pathogenesis of atherosclerosis. Finally, by reviewing the limitations of the present investigation, the possibility of improvement is explored.  相似文献   

12.
In the present paper, the comparison of steady, simple pulsatile flow and physiological pulsatile flow on flow reversal zone and hemodynamic wall parameters [wall shear stress (WSS) and oscillatory shear index (OSI)] for the progression of the disease, atherosclerosis has been investigated numerically. The governing equations have been solved by finite volume method. For the numerical analysis, Womersley number, Reynolds number and percentage of restriction are taken as 10, 100 and 50 % respectively. From this study it is revealed that the separated flow from the stenosis strongly depends on inlet flow situations, the maximum chance of deposition of plaque material due to streamline contour is higher at time step t* = 0.75 for simple pulsatile flow and at time step t* = 0 for physiological pulsatile flow and this chance is lower in case of steady flow. The effect of WSS on the disease is higher in physiological pulsatile flow compared to steady as well as simple pulsatile flow. The maximum possibility of initiation as well as progression for atherosclerosis in arterial wall due to high WSS takes place at t* = 0.25 for physiological pulsatile flow. OSI indicates same length of separation for two cases of transient flow, but the rate of cyclic departure of WSS is higher in case of physiological pulsatile flow.  相似文献   

13.
经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention, PCI)是检查和治疗冠心病的常用手段,冠状动脉支架植入过程中可能引发急性血栓的发生。本文通过血流动力学计算探究PCI支架植入手术过程对急性血栓形成的影响。根据真实的冠状动脉计算机断层扫描影像进行建模,在脉动生理血流条件下模拟该手术过程中导丝介入的5个阶段,获得各项血流动力学参数。计算结果表明,导丝介入过程会导致冠状动脉内各项血流动力学参数发生改变,即冠状动脉内血流出现偏心现象,时均壁面剪切力升高,振荡剪切指数下降,粒子相对停留时间降低,横向壁面剪切应力小幅上升,使得血管的内皮细胞暴露在高壁面剪切力的环境下。虽然较短的相对粒子 停留时间、 较小的振荡剪切指数对急性血栓的形成具有阻碍作用,但高时均壁面剪切力与血流偏心对急性血栓形成的诱导作用可能更加明显。  相似文献   

14.
Hemodynamic stresses are involved in the development and progression of vascular diseases. This study investigates the influence of mechanical factors on the hemodynamics of the curved coronary artery in an attempt to identify critical factors of non‐Newtonian models. Multiphase non‐Newtonian fluid simulations of pulsatile flow were performed and compared with the standard Newtonian fluid models. Different inlet hematocrit levels were used with the simulations to analyze the relationship that hematocrit levels have with red blood cell (RBC) viscosity, shear stress, velocity, and secondary flow. Our results demonstrated that high hematocrit levels induce secondary flow on the inside curvature of the vessel. In addition, RBC viscosity and wall shear stress (WSS) vary as a function of hematocrit level. Low WSS was found to be associated with areas of high hematocrit. These results describe how RBCs interact with the curvature of artery walls. It is concluded that although all models have a good approximation in blood behavior, the multiphase non‐Newtonian viscosity model is optimal to demonstrate effects of changes in hematocrit. They provide a better stimulation of realistic blood flow analysis. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

15.
The effects of the renal artery stenosis(RAS) on the blood flow and vesselwalls are investigated.The pulsatile blood flow through an anatomically realistic model ofthe abdominal aorta and renal arteries reconstructed from CT-scan images is simulated,which incorporates the fluid-structure interaction(FSI).In addition to the investigationof the RAS effects on the wall shear stress and the displacement of the vessel wall,it isdetermined that the RAS leads to decrease in the renal mass flow.This may cause theactivation of the renin-angiotension system and results in severe hypertension.  相似文献   

16.
A multiscale model was proposed to calculate the circumferential stress (CS) and wall shear stress (WSS) and analyze the effects of global and local factors on the CS, WSS and their synergy on the arterial endothelium in large straight arteries. A parameter pair [Zs,SPA] (defined as the ratio of CS amplitude to WSS amplitude and the phase angle between CS and WSS for different harmonic components, respectively) was proposed to characterize the synergy of CS and WSS. The results demonstrated that the CS or WSS in the large straight arteries is determined by the global factors, i.e. the preloads and the afterloads, and the local factors, i.e. the local mechanical properties and the zero-stress states of arterial walls, whereas the Zs and SPA are primarily determined by the local factors and the afterloads. Because the arterial input impedance has been shown to reflect the physiological and pathological states of whole downstream arterial beds, the stress amplitude ratio Zs and the stress phase difference SPA might be appropriate indices to reflect the influences of the states of whole downstream arterial beds on the local blood flow-dependent phenomena such as angiogenesis, vascular remodeling and atherosgenesis. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10132020 and 10472027). The English text was polished by Yunming Chen.  相似文献   

17.
The pulsatile flow of a two-phase model for blood flow through axisymmetric and asymmetric stenosed narrow arteries is analyzed, treating blood as a two-phase model with the suspension of all the erythrocytes in the core region as the Herschel-Bulkley material and plasma in the peripheral layer as the Newtonian fluid. The perturbation method is applied to solve the resulting non-linear implicit system of partial differential equations. The expressions for various flow quantities are obtained. It is found that the pressure drop, plug core radius, wall shear stress increase as the yield stress or stenosis height increases. It is noted that the velocity increases, longitudinal impedance decreases as the amplitude increases. For asymmetric stenosis, the wall shear stress increases non-linearly with the increase of the axial distance. The estimates of the increase in longitudinal impedance to flow of the two-phase Herschel-Bulkley material are significantly lower than those of the single-phase Herschel-Bulkley material. The results show the advantages of two-phase flow over single-phase flow in small diameter arteries with stenosis.  相似文献   

18.
局部狭窄血管中血液振荡流的速度和切应力   总被引:1,自引:1,他引:0  
孙辉  柳兆荣 《力学季刊》2002,23(2):148-156
本文建立一种分析局部缓慢狭窄血管中血液振荡流的数学模型,给出了血液的轴向流速,径向流速和切应力的包含压力梯度项的解析表达式,并讨论了血管内由局部狭窄引起的压力梯度沿轴向变化的规律。文章以局部余弦狭窄为例进行数值计算,详细讨论上游均匀管段压力梯度的定常部分和不同次谐波对狭窄管段内流速和切应力的影响。数值结果表明,与均匀管情况相比,在狭窄段内,血液振荡流轴向流速无论平均值还是脉动幅值均明显增大,且径向流速不再为零。但径向流速仍远小于轴向流速。同时,切应力也不再仅由轴向流速梯度提供,径向流速梯度也将产生切应力,但是在计算管壁切向上的切应力时,径向流速梯度的贡献仍相当大。与均匀管管壁切应力沿流运方向保持恒定不同。狭窄管管壁切应力(平均值和脉动值)将随着狭窄高度的增大而增大,在狭窄最大高度处达到最大,因而沿流动方向产生了较大的切应力梯度。  相似文献   

19.
平行平板流动腔脉动流切应力的计算   总被引:5,自引:0,他引:5  
高度远小于横向和纵向几何尺寸的矩形平行平板流动腔是人们用以体外研究细胞在切应力作用下力学行为的主要工具之一。大多数研究者主要对定常层流情进行研究。本文通过对矩形平行平板流动腔内的层流脉动流进行详细分析,给出腔内速和腔室底部切应力的准确计算公式。当Womersley数较小时,准确公式简化为准定常公式。数值计算结果表明,在脉动流条件下,对于人们常用的流动腔几何尺寸,准定常公式具有相当高的精度。这为在脉  相似文献   

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