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数字PCR中微滴生成尺寸与频率的数值模拟
目的 微滴合成是数字PCR中的关键技术,但其中两相流速与生成微滴大小和频率的关系尚不明确.本文采用VOF模型研究数字PCR系统中生成微滴的尺寸、频率与两相流速的关系.方法 将氟化油作为连续相,反应液(水)作为离散相,通过求解整体的动量方程和各自相的体积分数连续方程来实现相与相间的界面追踪,模拟出微通道内两相的流动情况,对不同两相流速下微通道内微滴生成的尺寸和频率进行研究.结果 在不同的流速条件下,微通道内会出现弹状流、滴状流和管状流3种流型.并且,对于弹状流和滴状流,随着连续相流速的增加,微液滴的生成尺寸减小,生成频率增加;而随着离散相流速的增加,微液滴的生成尺寸和频率都会增加.结论 在滴状流状态下,当连续相流速为0.048~0.064m/s,并且离散相流速为0.016~0.032m/s时,可高效生成数字PCR微滴.
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椎动脉狭窄内血液两相流动数值模拟分析
目的:对应用三维重构得到的人体真实椎动脉进行血液两相流数值模拟,与经典单相流牛顿血液模型对比,分析动脉粥样硬化等病因与椎动脉狭窄处的血流动力学关系.方法:把考虑血细胞和血浆的两相流血液模型应用到逆向工程方法构建的基于人体生理解剖特征的椎动脉三维几何模型中去进行数值模拟,分析血细胞分布情况等血流动力学参数,并与单相流模型的模拟结果进行对比.结果:通过瞬态模拟计算,得到了椎动脉在心动周期内不同时刻的两相流和单相流模型的血流动力学参数.结论:通过对比单相流数值模拟结果,得出血管狭窄处血细胞出现聚集,血流更加复杂和低壁面切应力分布等与动脉粥样硬化及血栓的形成相关的结论.并且与两相流模型相比,单相流模型存在如无法获得如血细胞分布等不足,为进一步深入研究椎动脉等疾病的发病机理提供方法和理论支持.
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红细胞非惯性升力对血液流动的影响
目的 为准确模拟血流,研究红细胞变形性对血液流动的影响.方法 基于血液流变特性和红细胞力学特性分析,对现有血液两相流流动模型进行改进,改进模型中考虑了易变形红细胞受剪切流场或血管壁面作用而产生的非惯性升力的影响.利用改进模型对多个不同直径血管内的血液流动进行模拟.结果 由红细胞所受非惯性升力导致的径向运动对血管内红细胞体积分数、运动速度分布有明显影响;当血管直径为0.1～3.0 mm时,用改进模型得到的血液相对黏度的模拟值与测量值接近.结论 非惯性升力是血流呈现Fahraeus-Lindqvist效应的主要原因之一.考虑非惯性升力的改进模型可以准确模拟血液流动,为循环系统诊疗机制和细胞分选等过程的模拟提供更为准确的方法.
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应用于功能性内窥镜鼻窦手术后引流器的工作原理分析
目的 设计一种应用于功能性内窥镜鼻窦手术后的引流器,可以在上颌窦术后防止窦口的粘连,通过鼻腔呼吸气流将上颌窦内的积液引出,及将药物输送到窦口鼻道复合体处,方便术后的管理.方法 根据重建的三维鼻腔模型进行数值模拟的结果和鼻阻力仪测量的结果得到窦口鼻道复合体处的气流流动情况,以此作为依据,设置合理的边界条件.通过两相流理论和建立的引流器计算模型,对于"引流和给药过程"进行数值模拟和定量分析.在数值模拟过程中,改变引流器的管径以及引流物质的黏性系数,分别计算并比较结果来优化引流器形状.结果 计算了几种管径的引流器和同一管径引流器对不同黏性系数液体引流效果并进行了比较,得到一种比较合理的能够完成引流、给药和通气功能的引流器.结论 设计的引流器可以完成通气、引流,给药和保持上颌窦口不粘连的功能.
关键词： 功能性内窥镜鼻窦手术 引流器 上颌窦 两相流 数值模拟 -
动脉内流-固耦合作用下两相血流动力学数值模拟
目的 研究流-固耦合作用下左冠状动脉内一个心动周期典型时点两相血流动力学分布及红细胞分布,探索左冠状动脉粥样斑块形成与发展机制.方法 将血液视为两相流体,基于血液与血管壁间流-固耦合作用,采用计算流体力学方法对左冠状动脉内两相血流进行瞬态数值模拟,研究一个心动周期内典型时点左冠状动脉内血流分布特性,血流动力学特性参数与动脉粥样斑块形成的相互作用关系.结果 左冠状动脉回旋支远段和钝缘支近心端外侧存在低速涡流区,该区域内壁面切应力和红细胞体积分数均较小,血流流态复杂.结论 壁面切应力较小的低速涡流区易产生脂质浓度极化、大分子物质沉积,红细胞较少区域易发生缺氧,引起血管壁通透性增加和内膜损伤,激活免疫系统,导致血管壁物质累积和内膜生长,从而易诱发动脉粥样硬化斑块形成.
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左冠状动脉内两相血流动力学分析
目的:从交叉学科角度分析血流特性与动脉粥样硬化形成机制间的关系,为心血管疾病发病机理提供技术条件和研究方法.方法:建立3种左冠状动脉模型,即牛顿血液模型、非牛顿血液模型和两相血液模型,运用计算流体力学方法对左冠状动脉内血液流动进行瞬态数值模拟,分析血流速度场、壁面剪切力分布及红细胞流动特性对动脉粥样硬化形成的影响.结果:获得了这3种左冠状动脉模型在一个心动周期内的血流动力学特性.结论:左冠状动脉回旋支分叉部位和钝缘支近心端外侧分布了大量的低速涡流区,低速涡流区的壁面切应力和红细胞体积分数均较小,为动脉粥样硬化形成提供了适宜的生理环境.与牛顿和非牛顿血液模型相比,两相血液模型中红细胞的流动特性对血流速度及壁面切应力等血液动力学特性影响较大,更符合血液流动的真实情况.
