弹性直圆管局部狭窄对脉动流影响的数值模拟

动脉中脉搏波的分析和中医脉象研究早为人们注目,并越来越受到重视。中医切脉或利用脉象仪测脉,均沿腕部桡动脉处取得信息,由于手指和探头作用,桡动脉形成狭窄从而影响脉动流。本文建立局部狭窄直圆管内脉动流模型,来研究狭窄对脉动流的影响。根据流动的一维非线性方程导出特征方程,采用特征差分方法数值求解。结果表明:(1)随狭窄度增加(相当压迫加重),压力和速度波形变陡,峰值开始时提高,随后下降,和脉象仪取脉情况吻合;(2)血液粘度增加时,速度减慢,压力波形平坦,反映了血流阻力的增大;(3)狭窄宽度的变化对脉搏波影响不大;(4)根据中医脉图若干指标计算得到的数据,随狭窄和血液粘度的变化,和临床结果一致,说明这几个指标是符合血流动力学规律的。     

颈内动脉狭窄影响颈总动脉血流电导率与电阻抗的数值仿真

颈总动脉汇集了来自上游心脏与下游脑血管床的血流动力学信息，是心脑血管疾病早期诊断的“窗口”，而融合生物电阻抗技术的动脉血流动力学参数检测分析具有无创、经济、便携及可穿戴实时监测等优势。然而，不同程度的颈内动脉狭窄影响颈动脉分叉的血流动力学参数，进而影响颈总动脉血流电导率与电阻抗的规律尚不明确，限制了电阻抗技术在颈内动脉狭窄程度检测与评估中的应用。该文首先基于颈动脉分叉部位的影像学数据建立三维血管模型及理想化的颈内动脉狭窄模型，进一步利用超声血流检测数据通过计算流体力学分析，研究了不同狭窄程度颈内动脉对颈动脉分叉部位血流速度、血压、壁面剪应力分布以及颈总动脉血流电导率和电阻抗的影响。结果显示，在保持颈总动脉入口流量波形不变的情况下，随着颈内动脉狭窄程度的增加，颈动脉电导率受到狭窄区域和回流区域中流速和轴心距离的影响，颈总动脉电阻抗检测信号呈现先减小后增大的趋势，提示颈总动脉血流电导率和电阻抗与颈内动脉狭窄程度密切相关。该文结果为拓展生物电阻抗检测技术在颈内动脉狭窄程度评估的应用提供了一定的理论依据。     

《水动力学研究与进展》A辑第21卷（2006年）总目次

第1期学术论文局部狭窄动脉内血流动力学环境的动态数值研究…………………杜健航余志包芸靳亚菲(1)循环流化床环核结构速度分布PIV测试………………………………………………………石惠娴(8)渚滑川河口河床变动及水流水力特性………………………………魏炳乾早川博内岛邦秀(13     

血管局部扩张对血液流动的影响

本文利用Fung的应力－生长定律，导得血管局部扩张发展规律的基本关系。接着，通过求解局部扩张血管段内的血液流动方程；导得血液流速、压力和血管壁切应力的分析表达式。详细讨论局部扩张对流速、压力和切应力的可能影响。指出局部扩张将引起局部扩张段内管壁切应力的非均匀分布，并可能因此促使血管壁的进一步扩张。本文结果对于分析血管局部扩张与所处的血液动力学环境之间的定量关系有重要的帮助。     

急性有氧自行车运动对动脉血流电导率和电阻抗的影响

血流动力学参数不仅在运动调控动脉结构和功能的过程中扮演重要的角色,而且是评估心血管功能的重要生理指标。血流电阻抗监测技术因为便携、可穿戴和微型化等优点,便于运动过程中血流动力学参数的在线监测。然而,由于运动前后血流电导率、电阻抗和血流动力学参数之间的定量关系仍未完全阐明,阻碍了这一技术在血流动力学监测中的广泛应用。该文采用运动干预实验、数值模拟及统计学相关性分析方法,研究了运动前后血流动力学参数的变化规律及其与血流电导率和电阻抗之间的定量关系。结果显示,急性有氧自行车运动对颈总动脉血压、管径、轴心流速和电阻抗影响显著,对电导率影响较小;电导率波形主要受轴心流速波形影响,与轴心流速成线性关系,而电阻抗波形主要受动脉半径波形影响,与动脉半径平方的倒数成线性关系。该文的研究结果为进一步开发基于血流动力学参数监测评估心血管功能的可穿戴医疗设备提供了一定的理论基础。     

急性中等强度有氧运动对久坐人群颈总动脉硬度与血液动力学的影响

该文为研究急性中等强度有氧运动对久坐人群颈总动脉硬度和血液动力学的影响,招募12名没有运动习惯的男性志愿者作为实验对象,使用功率自行车进行30 min中等强度有氧运动干预。应用彩色超声多普勒技术测量静息状态和运动干预后3 min,15 min和30 min的颈总动脉管径和轴心血流速度波形,并使用电子血压计同步检测肱动脉血压值。基于测量的实验数据,采用Womersley理论进行血液动力学建模,计算颈总动脉血液动力学参数,包括:动脉硬度、血流量率、外周阻力、周向应变、壁面切应力和振荡剪切指数。结果表明,急性中等强度有氧运动没有显著地改变颈总动脉硬度,但明显降低颈总动脉外周阻力;运动干预后心率增加,颈总动脉平均血流量率增加和颈总动脉平均管径变小;运动干预使血压升高,周向应变增大。颈总动脉壁面切应力振荡幅度显著增加,表现为运动后振荡剪切指数持续增加。此结果为进一步深入研究长期有氧运动改善动脉弹性的血液动力学机制提供了一定的基础。     

动脉压力传播过程中神经系统作用研究

血压的传播一直是心血管动力学研究的主要内容。目前的研究通常将血管看做弹性管道,研究血压在管道内的传播和反射。神经系统对血压的影响虽然得到普遍的认可,但主要认为神经通过影响心脏的输出量以及小动脉的外周阻力来调控主动脉内的血压。该文通过对犬腹主动脉内压力数据进行分析,发现神经对动脉内血压及血管的作用是不可忽略的,一些现有的研究结论仅在无神经作用下成立。主动脉并非被动的承受动脉压力,而是在神经的作用下主动变化。     

压力检测系统校验方法的改进

多功能监测仪配置的压力传感器,具有灵敏度高、稳定性和动态特性好等优点,故被常用于波动压力、脉动压力等的测量。为保证采集的数据准确可靠,必须对压力传感器进行校验,校验周期一般为1a。针对以往到了校验周期需把压力传感器和检测仪一起送计量检定部门进行校验,不但费用高,且费时易损坏。对校验方法进行了改进。该改进的自校验方法不仅能对压力检测系统进行全面检验,而且费用底,效率高,不易损坏。     

施加压力脉冲探测地下输油管堵点位置的研究

本文依据流体力学的运动方程及连续方程,推导出充满液体管道中压力波动基本方程,据此,研究了管道开放端和封闭端压力波的通过和反射的解析算法。求出工程上最关心的最大压力波的数值和发生地点。应用管道内压力波动反射的性质,压力波往返周期、波速来探测埋设在地下管道的故障点的位置,达到一定精度,可以大大压缩探寻堵点的范围。     

基于VOF法的自由跌水水力特性研究

自由跌水的上下游水位差导致下游的水流特性与上游存在较大差异,下游回流区的切应力分布和压力分布与河床局部冲刷、河床稳定密切相关,但是较少涉及两者因素的综合影响。然而,切应力的测量难度较大。近年来,数值计算被广泛采用和认可。因此,基于体积分数法(VOF法)和三维水动力学模型,数值研究了佛汝德数Fr=1.74来流的明渠自由跌水。通过分析切应力和压力分布后可知,最大压力分布区和切应力分布区并未在同一区域,分别位于水流冲击区和冲击区下游,可为相关研究提供借鉴。     

A HEMODYNAMIC MODEL AND A MATHEMATICAL METHOD TO CALCULATE THE DYNAMICS INDEX FOR CEREBRAL CIRCULATION

The dynamics indexes,playing an important role in the cerebral circulation,will be changed significantly compared with their normal range in many cerebrovascular disease.The geometrical parameters of cerebrovascular may be detected by DSA or MRA scan,but the hemodynamic parameters,such as,blood flow,artery resistance and compliance must be calculated by building hemodynamics model. The cerebral circular system that has four entrances for blood flow(two carotid and two vertebral arteries)and three communicating arteries is much different from the systematic ststem which has only one entrance,ic.,the aortic.The purpose of this study is to set up a hemodynamics model with lumped parameters to describe the cerebral circulation.From this model,we get its governing equations and present a new method to calculate the hemodynamics indexes in clinical application.     

NUMERICAL ANALYSIS OF THE NON-NEWTONIAN BLOOD FLOW IN THE NON-PLANAR ARTERY WITH BIFURCATION

A numerical analysis of non-Newtonian fluid flow in non-planar artery with bifurcation was performed by using a finite element method to solve the three-dimensional Navier-Stokes equations coupled with the non-Newtonian constitutive models, including Carreau, Cross and Bingham models. The objective of this study is to investigate the effects of the non-Newtonian properties of blood as well as curvature and out-of-plane geometry in the non-planar daughter vessels on the velocity distribution and wall shear stress. The results of this study support the view that the non-planarity of blood vessels and the non-Newtonian properties of blood are of important in hemodynamics and play a significant role in vascular biology and pathophysiology.     

EFFECTS OF VASCULAR ZERO STRESS STATE ON PULSATILE BLOOD FOLW

~~EFFECTS OF VASCULAR ZERO STRESS STATE ON PULSATILE BLOOD FOLW~~TheProjectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina .(No :19732 0 0 3;;1970 2 0 0 2 )     

数值求解不可压Navier-Stokes方程的隐式算法

本文提出了一个求解二维不可压Navier-Stokes方程的隐式算法。这种方法隐式联立地处理了控制方程,和一般的迭代算法相比它具有更好的稳定性和收敛性。二维Poissuill流动的数值解和分析解是非常一致的,S形流道内分离流的计算结果和实验结果相比也是令人满意的。     

ANALYSIS OF PULSATILE BLOOD FLOW IN AXIALLY MOVING ARTERIES

1.　 INTRODUCTIONCoronary arteries are the arterial system that supplies the heart with blood to maintaincardiac normal functions.The disease of coronary arteries is one of primary diseases thatendanger human being′s health severely.By the particular physiological functions andanatomical positions of this system,every coronary artery is destined to take a large extentof overall to-and-fro movement with the heart beat during which the contraction and therelaxation of the heart occur altern…     

明满交替流数值模拟中的精细积分法

建立具有统一形式的明满交替流控制方程。由于系统阵刚性而导致明满交替流数值模拟的计算精度低和收敛性差。在交错网格上对控制方程进行空间上的数值离散后，加入伪时间导数项进行预处理，改善系统阵的刚性。通过采用系统阵增维的方法将非齐次状态空间方程转化为齐次方程，避免了矩阵求逆运算，增强计算的稳定性；预处理后系统方程每一个物理时间步的求解都相当于一个稳态问题，需要花费大量的计算时间，借助于精细积分法可以采用大步长的优势来加快求解速度。有效地解决了明满交替流建模中由于刚性而引起的数值稳定性问题和预处理引起的积分时间较慢的问题。而且这一方法具有程序容易实现的优点。     

Hydraulic Analysis of Water Distribution Systems Based on Fixed Point Iteration Method

Water distribution systems with complex configurations are important urban facilities and the hydraulic analysis is essential for system design, optimization and management. Hydraulic analysis involves the procedure of calculating the hydraulic parameters of nodal pressure heads and pipe flow rates under steady-state condition. The equations governing the heads and flows are nonlinear and the most popular method for solving the equations is the Newton-Raphson method, which is the basis of existing hydraulic simulator (EPANET 2). In this paper, fixed point iteration method is proposed for hydraulic analysis after transformation of the original nonlinear equations. Compared to EPANET 2, the proposed method can analyze a water distribution system without differentiation for the convergence for some problems which cannot be solved by EPANET 2. Three test networks were analyzed by the proposed method and EPANET 2. It is proved that the proposed method could get the convergence after a series of iterations, even in cases that EPANET 2 fail. And the initial values of nodal pressure heads and the specified calculation accuracy are considered to have influences on the calculation procedure.     

基于准三维理论的混流式水轮机转轮设计方法的研究

基于S1和S2两类相对流面理论,建立了混流式水轮机转轮内部流动的准三维计算与叶片设计的模型.利用周向平均处理方法,从三维欧拉方程导出子午面上的流函数运动方程,并利用周向平均的1个S2m流面和1组S1流面的迭代计算得到所设计的叶片.采用Galerkin加权余量法,建立了S2m、 S1流面方程的有限元方程,采用松驰法进行迭代计算;得到满足给定负荷分布及厚度分布的转轮,为转轮设计提供了一种新的有效的计算模型和方法.     

洪泛区河网非恒定水沙数学模型的研究

鉴于江河流域中下游地区交错复杂的河网体系 ,本文建立了适应性强的复杂河网区非恒定水沙数学模型。模型中采用汊点分组方法求解水流方程组 ;选用了与实际情况较为吻合的汊点分沙求解方法 ,建立了分洪口门修正模式 ,采用适合于复杂流动状态下泥沙方程组的求解方法。同时为了提高模拟精度和扩展模拟功能 ,对河网中蓄水汊点和分蓄洪区的水流运动模拟等环节提出了合理可行的数值处理方法 ,并提出了河网水沙运动模拟中进一步需要研究的问题。最后把本文所建模型应用于汉江杜家台分蓄洪区的水沙运动模拟