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基于PIV技术的人体上呼吸道流场测量实验装置的构建
目的 针对人体上呼吸道气流运动形成涡结构、流动分流、二次流等特点,研制基于粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术的人体上呼吸道流场测量实验装置,为开展人体上呼吸道流场特性实验研究提供平台.方法 基于完整人体上呼吸道医学扫描图像制备透明的实物模型,通过选择合适的气路系统,结合二维PIV系统搭建整套实验装置,并利用该装置对人体上呼吸道流场速度进行初步实验,将实验结果和数值仿真结果进行对比.结果 呼吸流量为30 L/min稳态呼吸模式下,实验装置测得的气流在口腔上部有涡结构的形成,口腔下部贴近舌苔上部及口腔中部的气流速度较高,其他部位气流速度较低,与数值仿真结果较为一致.结论 基于PIV技术的人体上呼吸道流场测量实验装置合理可行,运行可靠,可用于人体上呼吸道内气流组织形式和涡量分布等测量,并能够实现对数值仿真的验证.
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基于PIV技术研究眼内房水流动特性的实验设计
目的 借助粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对密闭离体动物眼球后房注水引发的眼内慢流动过程进行流动显示,计算不同时刻的流场,探讨测量眼内低速流动流场的PIV实验方案,为生理状态下眼内房水低速流动的流场测量提供实验基础.方法 在离体眼球相对密闭的条件下,当微量注射泵按照0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5 mL/min的速率驱动液体人眼球时,即可满足眼内液体形成缓慢流动的需求.向离体兔眼后房内均匀注入一定浓度、粒径为10μm的荧光粒子溶液,在眼球前房的正中额状面给予激光片光照射,以获得眼球前房正中额状面清晰的粒子图像.PIV系统记录并计算眼内液体的流动情况.结果 向密闭的离体兔眼后房内均匀注入液体时,观察到液体先充满后房及瞳孔所在区域、之后绕过瞳孔缘进入到眼前房的流动规律,该规律与房水在生理条件下的理论流动过程一致.分析粒子图像,得到密闭眼球内几毫米每秒数量级的速度矢量.结论 眼内低速流动液体的流场可以用PIV方法进行测量,从而使生理状态下眼内房水慢流场的实验测量成为可能,有助于实验研究生理或病理条件下眼内房水的复杂流动；为房水流场的数值模拟计算提供实验验证,也可为眼内病变时角膜内皮细胞、虹膜表面、晶体的剪切力损伤提供新的诊疗思路.
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弯曲颈总动脉内流场的模拟实验研究
目的 模拟研究弯曲颈总动脉定常流动速度剖而的不对称性.方法 用粒子图像测速技术(PIV)测量并分析曲率分别为1:60和1:20的90°弯管模型在颈总动脉生理平均雷诺数、峰值雷诺数和极限雷诺数条件下,在不同位置的弯曲平面及其垂直方向的轴向速度剖面.结果 当颈总动脉的曲率等于1:60时,在人生理平均流动雷诺数条件下,颈总动脉的速度剖面可用偏斜的抛物面来近似;当颁总动脉曲率增大或流动雷诺数增大时,弯曲平而上的速度剖面中部出现下凹趋势,垂直方向上出现M型速度刮面;沿管轴不同位置上的速度剖面形状不同.结论 为确定颈动脉分叉定常流动不对称入口速度剖面条件,认识速度剖面的形状如何随流动雷诺数、弯管曲率和截面位置变化提供实验依据.
