内皮调节对小动脉管腔运动影响的模型分析1）

微循环是血液和组织之间发生物质交换的主要场所,它可以通过改变管径实现对血压、血流量的局部调节.血管内皮层对小动脉运动有重要的调节作用.本文基于连续介质假设,建立了内皮调节过程中主要活性物质在管壁中的扩散--反应动力学模型,并分析了非线性黏弹性血管的径向运动特性.利用该模型首先得到了内皮舒张因子一氧化氮（NO）、平滑肌细胞内钙离子（Ca²⁺）以及磷酸化肌球蛋白（actin-myosin complexes,AMC）在管壁内的的径向浓度分布;为分析内皮调节的动态过程,进一步对小动脉的被动舒张、血流量发生扰动时的管径响应分别进行了模拟.研究结果显示：当没有活性物质参与调节小动脉被动舒张时,管径无振荡发生;当血流量变化引起内皮调节时,内皮舒张因子NO浓度和管径均出现衰减振荡,振荡周期约60 s.分析认为内皮调节对壁面剪切力的反馈控制,可能是NO浓度和管径产生周期性振荡的原因.内皮调节过程呈现的频谱特征可以为血管内皮功能障碍的诊断提供帮助.     

基于大鼠背部视窗显微观测的微血管网的三维重建

微循环是循环系统中最基层的结构和功能单位,它在保持人体正常生理功能中占有突出地位,许多疾病的发生也是从微循环开始. 因此,利用脊背视窗技术,并通过体视显微镜观察视窗内的血管结构, 进一步对所获血管图像进行一系列图像处理,得到了血管边界和中心线等结构信息. 同时,根据血管分叉处相贯线的信息确定分叉血管的连接方式. 在网格划分时,采用了改进的超限插值算法,构建了三维血管网的有限元网格模型,实现了对任意分支血管网的三维重建. 为微循环的体外实验和数值分析奠定基础.      

脑Willis环的一维血流动力学及氧输运特性的数值研究

Willis环是大脑侧枝循环的重要组成部分, 研究其血流动力学特性以及氧输运规律对脑缺血疾病的认知和预防有着非常重要的作用. 该文旨在利用一维血流动力学模型模拟整个Willis环的流量变化和压力分布, 并建立动脉内氧输运的一维模型以模拟Willis 环内氧分压的变化规律, 为研究脑组织内血液流动和氧输运打下基础. 首先, 基于弹性圆管内的一维非线性流动方程和状态方程建立血流动力学模型, 在一维对流扩散方程的基础上, 考虑由管腔向壁面的扩散和壁面细胞的新陈代谢消耗推导出氧输运特性方程. 通过 Lax-Wendroff两步法对血流动力学方程进行离散, 而在进行对流扩散方程的离散时, 则运用迎风格式. 通过数值计算得到了正常情况下Willis环各个血管任意位置的流量、压力和氧分压的变化曲线, 正常情况下各个位置的氧分压处于稳定的平衡状态. 最后, 还通过此模型进一步模拟了右侧颈内动脉狭窄对各个血管内流动的影响. 当狭窄程度达到80%时, 中脑动脉的流量和压力会明显下降, 造成其供应区域的血流减少. 同时, Willis环右侧血管内的氧分压会大大降低, 而左侧血管的氧分压会出现上升趋势, 但幅度要小于右侧血管降低的幅度.     

动叶叶顶结构对1.5级涡轮气动性能影响的数值研究

基于Lisa 1.5级涡轮,构造全围带、全周小翼及翼型围带动叶叶顶结构模型,并应用数值计算方法,分析不同动叶叶顶结构对涡轮气动性能的影响规律。结果表明,0.97%叶片高度叶顶间隙值下,全围带叶栅气动损失最小,翼型围带次之,2 mm全周小翼控制损失的能力并不明显。此规律与涡轮平面叶栅研究中所得的结论相同。间隙增至1.38%叶片高度值时,间隙泄漏损失与总损失呈现等比例增加,表明此1.5级涡轮中气动损失主要来自于泄漏流动。最后,基于"Scaling"方法,分析不同叶顶结构对涡轮整级机械效率的影响。结果发现,三种叶顶结构均使效率得以提升。这进一步为翼型围带等叶顶结构的实际应用提供理论依据。     

基于微流体装置的微血管网内红细胞流动和分布特性的研究

实体肿瘤血管具有扩张、扭曲、不规则分支以及分支间连接絮乱等特征. 为了考察这些特征对血液流动的影响,将肿瘤血管简化为垂直相互贯通的微血管网,借助微流体实验装置,以一定浓度的红细胞悬液作为流动介质,研究红细胞在微血管网中的流动和分布特性. 具体实验方案如下:首先,采用软刻蚀技术,在聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）上加工出微血管网;然后,采用微注射泵控制微血管网入口处的红细胞悬液流量,使用倒置显微镜和高速摄影系统观察并记录实验过程;最后,通过Matlab 软件包Piv-lab 及高速摄影配套软件对获得的视频图像进行处理,提取红细胞在微血管网中的流动和分布数据. 数据处理结果显示,红细胞在微血管网中的流动和分布特性受悬液内的红细胞压积（hematocit, Hct）的影响. 红细胞随悬液Hct 的不同呈现2 种运动轨迹:一种为仅沿着轴向微管道流动;另一种是从轴向微管道流入并穿过径向微管道,再进入另一侧的轴向微管道. 另外,入口流量相同时,红细胞在微血管网中的流动速度随Hct 变化呈现不同,Hct 为3% 和5% 的红细胞速度要明显高于Hct 为1% 的红细胞速度.      

狭窄加热表面上核态沸腾中汽泡合并特性的实验研究

狭窄表面的沸腾可以减少沸腾汽泡在观测方向上的干扰,有利于更清晰地研究汽泡生长和合并特性。为探究沸腾过程中汽泡的合并,本文基于常规机械加工的狭窄加热表面,通过高速摄像机完整记录了加热表面上汽泡的生长,合并和脱离过程,并分析了汽化核心间距,汽泡脱离直径对汽泡合并的影响。通过对近壁面处沸腾动态图像的观察,观测到了汽泡合并的不同特性。当沸腾过程中热流密度较低时,近壁面处只发生汽泡水平和倾斜合并,并常常同时存在。而竖直方向上的汽泡合并仅发生在热流密度相对较高时,且常伴随着水平和倾斜方向的合并。相邻汽泡间的合并现象常通过汽泡中心距与合并汽泡脱离直径间的关系来衡量。本实验结果表明,相邻汽化核心上的汽泡发生合并时,汽泡中心距与汽泡脱离直径满足S/D1.5。同时,相较于粗糙表面,光滑表面的S/D变化范围较小,且平均值有减小趋势。这一结果有助于进一步研究表面结构对汽泡合并的影响。