平行平板流动腔脉动流切应力的计算

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     

平行平板流动腔的数值优化设计

平行平板流动腔系统是研究切应力对细胞影响的体外实验装置之一。前期研究发现,流动腔的高度存在一个最佳高度,使用这个高度可以有效地减小或避免由于装配所引起的高度误差对切应力的影响。为了获得这一最佳高度,本文使用数值方法研究了平行平板流动腔的几何尺寸、流体粘度与集中液阻之间的关系,并拟合得到了集中液阻的函数关系式。利用液阻关系式和切应力计算公式,求得了对底部切应力影响最小的最佳高度的表达式。同时,研究还发现,对于相同的底部切应力,当高度取最佳高度时,所需的入(出)口压差最小。这样在流动腔底部沿轴向的压力梯度也就越小,沿轴向不同位置之间的压力差别也越小,这将有利于细胞力学实验结果之间的比较。     

刚性圆管中血液周期振荡流的切应力分布

本文通过求解圆管内血液振荡流的基本方程，求得圆管内血液流的压力梯度与切应力之间的关系式。在此基础上，详细讲座了圆管中轴向流速和切变率谐波的变化规律，指出流速谐波和切变率谐波的幅值都将随着谐波次数的增大而逐渐减小。为了使所得结果便于应用。文章通过管轴向中心线流速与压力梯度之间的关系式，进一步给出一种利用管轴向中心线流速计算管内切应力分布的简便方法。该方法用于检测活体血管内血液振荡流的切应力分布，具有操作简单，精度较高的优点。最后，以人体颈动脉为例，讨论血液周期振荡流的切应力的分布特性。发现在任意时刻，除了邻近管壁处切应力急剧增大到一定数值之外，沿管截面切应力分布相当均匀且接近于零，呈现出与定常流不同的切应力分布特征。     

局部狭窄血管中血液振荡流的速度和切应力

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。     

局部扩张动脉管血液振荡流的切应力分布

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。     

三向应力Mohr圆的真实构成及剪应力作用方向的确定

三向应力Mohr圆的构成在传统上是借助公式推证而得，并以平面图形来表示，缺乏三维的真实感和直观性。在应力应变分析中，对于平面应力问题，可以通过平面应力摩尔圆确定过一点不同斜面上的应力分量及其作用方向。对于三维问题，利用摩尔圆图解法可以确定某一斜面上的正应力和剪应力的数值，但不能表示剪应力的作用方向。剪应力的作用方向需要通过另外的图解方法来确定。本文分别从坐标系旋转和数值计算的角度解释了三向应力Mohr圆的构成过程，形象地说明了Mohr圆的物理本质。针对三向应力Mohr圆不能表示剪应力作用方向的问题，通过矢量运算，给出了剪应力作用方向的确定公式。     

Computer Simulation of Non-Newtonian Flow and Mass Transport Through Coronary Arterial Stenosis

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｍｏｓｔｏｂｖｉｏｕｓｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆａｔｈｅｒｏｓｃｌｅｒｏｓｉｓｉｓｔｈｅｌｏｃａｌｉｎｔｉｍａｌａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｌｏｗ＿ｄｅｎｓｉｔｙｌｉｐｏｐｒｏｔｅｉｎ(ＬＤＬ) ,ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒａｌｔｉｓｓｕｅａｎｄｔｈｅｓｔｅｎｏｓｉｓ.Ｏｎｏｎｅｈａｎｄ ,ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｄｉｓｅａｓｅｏｆｔｅｎｏｃｃｕｒｓａｔｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｇｅｏｍｅｔｒｙｒｅｇｉｏｎ ,ｓｕｃｈａｓｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｚｏｎｅ,ｃｕｒｅ…     

动脉中非平稳流动壁面剪切力及其Hilbert-Huang变换

本文通过数值方法求解均匀动脉中的非平稳脉动流,给出了通过测量非平稳脉动血流量确定壁面切应力的方法.作为算例,采用实测的大鼠颈总动脉流量信号,求出了均匀动脉壁面切应力波形.进一步对求得的切应力波形进行经验模态分解(EMD),得到了切应力波形的各内在模态(IMF),以及Hilbert幅值谱.从切应力波形经Hilbert-Huang变换得到的IMF和Hilbert谱图可以明显地看出切应力各频率成分的物理意义.所得结果为进一步深入研究非平稳脉动切应力与血管重建的关系提供了一种方法学基础.     

Viscosity of a Suspension with a Cubic Array of Spheres in a Shear Flow

Viscous fluid flow past an infinite periodic array of rigid spheres of the same radius is considered. A solution of the Stokes equations periodic in three variables is obtained for viscous incompressible flow with a linear velocity profile. The solution takes into account the hydrodynamic interaction of an infinite number of particles in the array. An expression for the effective viscosity of a suspension with a cubic array of particles is obtained.     

Numerical Approaches to Optimal Control of a Model Equation for Shear Flow Instabilities

We investigate two different discretization approaches of a model optimal-control problem, chosen to be relevant for control of instabilities in shear flows. In the first method, a fully discrete approach has been used, together with a finite-element spatial discretization, to obtain the objective function gradient in terms of a discretely-derived adjoint equation. In the second method, Chebyshev collocation is used for spatial discretization, and the gradient is approximated by discretizing the continuously-derived adjoint equation. The discrete approach always results in a faster convergence of the conjugate-gradient optimization algorithm. Due to the shear in the convective velocity, a low diffusivity in the problem complicates the structure of the computed optimal control, resulting in particularly noticeable differences in convergence rate between the methods. When the diffusivity is higher, the control becomes less complicated, and the difference in convergence rate reduces. The use of approximate gradients results in a higher sensitivity to the degrees of freedom in time. When the system contains a strong instability, it only takes a few iteration to obtain an effective control for both methods,even if there are differences in the formal convergence rate. This indicates that it is possible to use the approximative gradients of the objective function in cases where the control problem mainly consists of controlling strong instabilities. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

应力梯度不均匀时平板表面裂纹的应力强度因子

本文采用考虑裂纹面上具有任意分布载荷的线弹簧模型,在Kirchhoff板弯曲理论的假设下,将含半椭圆型表面裂纹的平板问题化为一组耦合的积分方程组进行求解,对均匀拉伸和纯弯曲两种载荷作用下的应力强度因子数值解,同经典线弹簧模型和有限元解进行了比较,并给出了经典线弹簧模型不能得到的、裂纹面上承受幂次不均匀应力分布时应力强度因子的数值解.