血液流体设备高剪切应力内流特性与能量熵产损失

摘要

血液流体设备普遍存在过度的剪切应力血液损伤与水力效率损失,这制约其实现安全、高效的长期稳定运行,探明高剪切应力下的内流特性与能量熵产损失可为设备研究与优化提供有力支持。对此,设计建立可模拟出高剪切应力流动的喷管模型,采用计算流体力学数值模拟与粒子图像测速可视化实验的研究方法,重点分析内流特性、剪切应力和能量熵产损失。研究产生高剪切应力和能量熵产损失的相关流动特征,解析熵产损失与剪切应力的关联特性。研究结果认为:流速变化梯度是产生高剪切应力的主要因素,局部高流速并不与剪切应力直接关联。高剪切应力流场中能量损失主要来源于湍流熵产,在主流段湍流熵产占总熵产的97.7%,主要分布在涡旋与流动剧烈变化的区域。流场能量熵产与剪切应力在分布状态与变化趋势上具有明显的关联一致性,抑制流场速度变化梯度可降低流动能量损失与剪切应力血液损伤。