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.     

三维浮式结构的流固耦合动力特性分析

对于采用位移-压力有限元格式从流固耦合系统导出的大型非对称矩阵特征值问题,构造出了一种新格式的迭代Arnoldi方法进行非对称特征值分析来获得浮式结构的动力特性．该迭代格式在克服零频的移频技术中,可以高效地计算出Arnoldi向量．实例分析结果表明,流固耦合作用对水上大型薄壁浮式结构动力特性具有重要影响．     

污染物在非饱和带内运移的流固耦合数学模型及其渐近解

污染物在非饱和带中运移过程是多组分多相渗流问题.在考虑气相的存在对水相影响的前提下,基于流固耦合力学理论,建立了污染物在非饱和带内运移的流固耦合数学模型.对该强非线性数学模型采用摄动法及积分变换法进行拟解析求解,得出了解析表达式.对非饱和带内的孔隙压力分布、孔隙水流速以及污染物的浓度在耦合与非耦合气相条件下的分布规律进行解析计算.对该渐近解与Faust模型的计算结果进行了对比分析,结果表明:该模型解与Faust解基本吻合,且气相作用以及介质的变形对溶质的输运过程产生较大的影响,从而验证了解析表达式的正确性和实用性.这为定量化预报预测污染物在非饱和带中迁移转化和实验室确定压力-饱和度-渗透率三者之间的关系提供了可靠的理论依据.     

计入气穴的水下爆炸作用下结构流固耦合三维数值模拟

水下爆炸在结构物面附近产生的气穴现象,严重影响水下爆炸作用下的流固耦合动响应,是舰船水下爆炸领域的难点,传统的边界元方法、有限元方法(FEM)难以解决水下爆炸气穴现象这类强非线性问题．针对此问题,计及流体中的气穴现象,考虑流体的可压缩型,忽略流体粘性,建立水下爆炸瞬态强非线性流固耦合三维数值模型,采用流体谱单元方法(SEM)和结构有限元方法求解该模型．计算结果表明:相对有限元法,谱单元法具有更高的计算精度,且谱单元解与解析解、试验值吻合良好．在此基础上,结合ABAQUS软件,分别探讨三维球壳、船体板架在水下爆炸作用下的瞬态流固耦合机理,给出气穴区域及其对水中结构物动响应的影响特征,旨在为舰船水下爆炸瞬态流固耦合问题的相关研究提供参考．     

内压作用下异径弯管的应力分析

为了对异径管的设计、生产提供理论依据和计算方法,对内压力作用下的异径弯管进行了有限元分析研究。建立了异径弯管的力学模型,计算了异径弯管在内压力作用下的应力,讨论了异径弯管的环向、径向和轴向应力的变化特征,确定了异径弯管的危险部位及其应力变化规律;并对异径比对异径弯管危险点的应力集中的影响情况进行了研究,指出异径弯管危险点的应力随异径比的增大而增加;同时探讨了改善异径弯管应力集中的途径,指出增加异径弯管壁厚是减小应力集中的有效手段。     

磁场和Hall电流对狭窄动脉中血液流动的影响

对一个水平向不对称、竖直向对称,带有轻微狭窄的动脉,提出了血液磁流体动力学流动的微极模型.为了估计狭窄形状的影响,几何上加以适当地考虑,通过选取不同的参数(称为形状参数),很方便地改变水平向的狭窄情况.在不同形状参数、Hartmann数和Hall参数下,计算了流动参数,例如流速、流动阻力(阻力阻抗)、狭窄区域血管壁面剪应力分布以及狭窄最大凸起高度位置处(狭窄喉部)的壁面剪应力大小.结果表明,流动阻力随着确定狭窄情况参数值和Hall参数值的增大而减小,并随着Hartmann数的增大而增大.对任意给定的Hartmann数和Hall参数,血管壁面剪应力和血管狭窄部位凸起最大高度处的管壁剪应力,具有与流动阻力相反的特征.最后,给出了Hartnmrm数和Hall参数对水平速度的影响.     

Adjoint Sensitivity Analysis of a Fluid-Structure Interaction Problem

A fluid-structure mathematical model usually includes parameters whose actual values are known only approximately or can vary around some reference values. The objective of the sensitivity analysis is to determine quantitatively the behavior of the responses of a fluid-structure system locally around a chosen point of the trajectory in the phase-space of parameters and dependent variables. In this work, the response considered is the total mechanical energy of the structure. The sensitivities with respect to all the parameters the fluid-structure system depends on are useful in many situations as well as for optimization purposes. We present the theoretical developments necessary for the application of the adjoint sensitivity analysis methods (ASAM) for the fully coupled governing equations of an aeroelastic system. The algorithm is general and can be applied for any kind of fluid-structure interaction problems. Illustrative numerical examples are presented for the case of typical section with two degrees of freedom. (© 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

肾动脉变窄和流-固结构相互作用对非Newton脉动流的影响——一个真实的腹部主动脉和肾动脉模型

研究肾动脉狭窄(RAS)对血液流动和血管壁的影响.根据CT扫描图像,重建腹部主动脉和肾动脉的解剖模型,通过模型的脉动流进行了仿真计算,计算中考虑了流体-固体结构的相互作用(FSI).研究RAS对血管壁剪切应力和位移的影响,RAS使得肾动脉中流量减少,肾素-血管紧缩素系统可能被激活,从而导致严重的高血压.     

分形油藏中非牛顿松弛粘弹性液体广义流动分析

将分形引入渗流力学,建立了分形油藏具有松弛特性的粘弹性液体的不稳定渗流模型;利用双参数（ ｄｆ ,ｄｓ） 刻画分形油藏的分形特性,利用四参数（ｄｆ,ｄｓ ,λｖ ,λｐ） 描述粘弹性液的广义流动特征;提出了广义的正交变换,并利用Ｌａｐｌａｃｅ＿Ｗｅｂｅｒ 变换,拉氏＿正交变换给出了无限大地层和有界地层的精确解和渐近解;通过拉氏数值反演和渐近解分析了分形油藏粘弹性液体流动特征·　探讨了改变分形参数时压力变化规律·     

二维分岔槽道内非牛顿流体流动的有限元分析

本文介绍二维分岔槽道内非牛顿流体流动的有限元分析.采用Galerkin法及混合有限元法,流体看作不可压缩的非牛顿流体,满足Oldyord微分型本构方程.由有限元法形成的非线性代数方程组用连续微分法求解.结果表明有限元法适于分析复杂流场中非牛顿流体的流动.     

Partitioned Algorithms for Fluid-Structure Interaction Problems in Haemodynamics

We consider the fluid-structure interaction problem arising in haemodynamic applications. The finite elasticity equations for the vessel are written in Lagrangian form, while the Navier-Stokes equations for the blood in Arbitrary Lagrangian Eulerian form. The resulting three fields problem (fluid/ structure/ fluid domain) is formalized via the introduction of three Lagrange multipliers and consistently discretized by p-th order backward differentiation formulae (BDFp). We focus on partitioned algorithms for its numerical solution, which consist in the successive solution of the three subproblems. We review several strategies that all rely on the exchange of Robin interface conditions and review their performances reported recently in the literature. We also analyze the stability of explicit partitioned procedures and convergence of iterative implicit partitioned procedures on a simple linear FSI problem for a general BDFp temporal discretizations.     

直管束流固耦合振动的数值模拟

为了研究反应堆结构中的诸如燃料棒、蒸汽发生器和其它换热器传热管束等的流体-结构交互作用问题,利用有限体积法离散大涡模拟(large eddy simulation, LES)的流体控制方程,用有限元方法求解结构动力学方程,并结合动网格技术,建立三维流体诱发振动的数值模型,模拟直管束中流体的流动及结构振动,实现计算结构动力学(computational structure dynamics, CSD)与计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)之间的联合仿真．首先,基于流固耦合方法对单管的流致振动特性进行了详细分析,得到了其动力学响应与流场特性;其次基于建立的传热管束流致振动计算模型,研究了两并列管、两串列管以及3×3正方形排列管束的流致振动行为．     

On Preconditioning of Incompressible Non-Newtonian Flow Problems

This paper deals with fast and reliable numerical solution methods for the incompressible non-Newtonian Navier-Stokes equations. To handle the nonlinearity of the governing equations, the Picard and Newton methods are used to linearize these coupled partial differential equations. For space discretization we use the finite element method and utilize the two-by-two block structure of the matrices in the arising algebraic systems of equations. The Krylov subspace iterative methods are chosen to solve the linearized discrete systems and the development of computationally and numerically efficient preconditioners for the two-by-two block matrices is the main concern in this paper. In non-Newtonian flows, the viscosity is not constant and its variation is an important factor that affects the performance of some already known preconditioning techniques. In this paper we examine the performance of several preconditioners for variable viscosity applications, and improve them further to be robust with respect to variations in viscosity.