Flow Chamber中近生理脉动流实验模拟及其数值模拟

摘要

本实验室利用现有的设备，研制出了一套能为血管内皮细胞提供脉动流的FlowChamber系统。该系统采用三元件三单元的集中参数模型，利用直线电机作为系统的驱动源，通过数值模拟的结果来指导实验。该装置内部能产生近生理的压力和流量波形，并且FlowChamber内的流体是充分发展的层流。从实验结果可以看出数值模拟的结果与实际观测到的结果一致，这也说明了将集中参数模型用于FlowChamber是合理的。　　测定一个周期内关键点的进口端和出口端压力，运用计算流体力学软件Fluent，模拟FlowChamber内部的速度、压力、切应力等力学参数。从结果可以看出在离进口端和出口端比较远的中间区域，FlowChamber壁面切应力是均匀的。将Fluent计算的结果与理论公式的求解结果进行比较，发现二者在中间区域是很接近的。数值计算结果表明，当womersley数较小时，准确公式简化为准定常公式。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。这为在脉动流情况下平行平板流动腔切应力的简便计算方法提供了理论依据。　　通过集中参数模型模拟出了FlowChamber两端一系列近生理的压力和流量波形。在此基础上运用计算流体力学软件Fluent计算出了FlowChamber内部的流场，特别是FlowChamber中心区域的壁面切应力，这为体外研究细胞的力学行为提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1前言

1.2.流体剪切法

1.3 Flow Chamber中近生理脉动流实验的研究概况

1.4 Flow Chamber内部流场的三维有限元分析

1.5本文的工作

2动脉压力波形的Flow Chamber实验系统的数值方法

2.1集中参数模型的建立

2.2 Flow Chamber液阻的测定

2.3集中参数控制方程

2.4数值模拟结果

2.5本章小结

3Flow Chamber中近生理脉动流的实验模拟

3.1心血管系统分析理论

3.2实验装置

3.2.1直线电机的结构

3.2.2直线电机功率放大器

3.2.3直线电机的运行控制

3.2.4液容器

3.2.5液阻器

3.2.6.液感

3.3压力传感器的标定及其使用

3.4流量传感器的标定及其使用

3.5动脉压力波形的实验操作

3.6本章小结

4 Flow Chamber中脉动流的三维有限元分析

4.1流体力学方程组

4.1.1连续性方程：

4.1.2运动方程：

4.2有限体积法(FVM)

4.3 Fluent软件简介

4.4数值格式概况

4.4.1分离解方法

4.4.2耦合解方法

4.4.3耦合算法隐式和显式的比较

4.5计算过程

4.6计算结果

4.7本章小结

5总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

在读期间发表的论文

论文声明

致谢