双向流固耦合作用下狭窄左冠状动脉内两相血流分析

基于血流与血管壁间双向流固耦合作用,将血液设为两相流体,运用计算流体力学方法对左冠状动脉内血流进行瞬态数值模拟.研究了一个心动周期内典型时刻下左冠状动脉内血流分布特性,并与Newton(牛顿)血液和两相血液模型对比,分析了两相血液和流固耦合作用对血流特性的影响.结果表明,左冠状动脉左回旋支远段和钝缘支近心端外侧分布了低速涡流区,该区域内壁面切应力和红细胞体积分数均较小,为动脉粥样硬化的形成与发展提供了合适的生理环境.左冠状动脉分叉处管壁形变量较大,引起管壁内膜功能发生紊乱,促进了粥样硬化斑块的形成.3种血液模型对比可知,红细胞的流动特性对血流速度及壁面切应力等血流动力学特性影响较大,双向流固耦合模型更符合真实的血液流动情况.     

流固耦合作用下狭窄颈动脉内非Newton血流分析

采用计算流体力学方法分别对6种狭窄率的颈动脉内非Newton瞬态血流进行流固耦合数值分析.研究了狭窄率对颈动脉内血流动力学分布的影响,以探索狭窄率与颈动脉内粥样斑块形成的关系.结果表明,狭窄率不同的颈动脉内血流动力学分布特性明显不同,与0.05,0.1,0.2,0.3和04这5种狭窄率的颈动脉内血流动力学分布特性相比,狭窄率为0.5的颈动脉内血流动力学分布独特,狭窄部位附近区域存在面积较大的低速涡流区;复杂血流作用下,该区域分布低壁面压力,异常壁面切应力,较大管壁形变量和von Mises应力;血流速度低使血液中脂质、纤维蛋白等大分子易沉积,低壁面压力引起的明显“负压”效应引发脑部供血障碍,异常壁面切应力作用下粥样斑块易破裂与脱落,并堵塞脑血管,较大的von Mises应力易引起应力集中,导致血管破裂,为脑卒中发生提供有利条件.因此,狭窄率越大对颈动脉内血流动力学分布的影响越显著,促进颈动脉粥样斑块形成与发展,并引发缺血性脑卒中.     

主动脉弓及分支血管内非稳态血流分析

运用流体力学中的三维非定常Navier-Stokes方程作为血液流动的控制方程,并采用计算流体力学方法对人体主动脉弓及分支血管内非Newton(牛顿)血液黏度模型下血流进行瞬态数值模拟.分析了一个心动周期内不同时刻血流动力学特征参数的分布对动脉粥样硬化斑块形成的影响,并与Newton血液黏度模型下的血管壁面压力和壁面切应力特征参数进行对比.结果表明:与Newton血液模型相比,非Newton血液模型下血流分布更符合真实血流特性;在心动收缩期,分支血管外侧壁附近存在面积较大的低速涡流区,该区域内血管壁面压力与壁面切应力具有较大的变化量,血液中的血小板、脂质和纤维蛋白等易沉积,血管内壁易疲劳损伤并发生血管重构,促使动脉粥样硬化斑块形成;而在心动舒张期,分支血管内血流速度分布均匀,血管壁面压力与壁面切应力变化量较小,血管壁受到较小的应力作用,对动脉粥样硬化斑块形成的作用较小.