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基于CFD的涮爆烹饪过程模拟及试验验证
为研究涮爆过程中颗粒的温度分布,通过构建颗粒传热过程数学模型及模型求解方法,模拟了颗粒传热学尺寸、对流换热系数对颗粒温度分布的影响.模拟结果表明,颗粒传热学尺寸越小、对流换热系数越大,颗粒升温速率越快.同时,利用热电偶采集实际涮爆过程中颗粒中心点的温度-时间曲线,与模拟温度-时间曲线进行误差分析,结果表明,模拟温度曲线与实测温度曲线吻合,证明了模型的可靠性.
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心血管血液流动虚拟现实
基于强大的有限元分析软件ANSYS,开发了一套用于心血管系统动脉粥样硬化病灶性部位血流动力学分析的专业软件.该软件通过友好的图形用户界面,将医学图像数字化处理、计算流体力学与流动可视化技术有机地结合起来,形成一个方便、快捷的血流动力学分析集成软件环境,可以让医生在虚拟环境下对心血管疾病进行外科手术规划,优化手术方案.
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CFD在人工器官设计中的应用
计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)是一种基于计算机并行技术的数值模拟工具,它能预测人工器官内部的流体流动和传质现象,并能提供可视化结果,近来常用于辅助人工器官的设计和性能优化.本文从Navier-Stokes方程组出发,阐述了CFD的原理、方法和特点,分析了它在人工器官设计中的应用现状和重要作用.
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基于CFD的离心式人工心脏泵的溶血预测方法
溶血的定量评价对于人工心脏泵的设计和研究十分重要.本研究应用CFD(computational fluid dynamics)技术,针对两种叶轮设计的离心血泵进行了数值模拟,计算得到了其内部的流线分布.根据溶血、切应力和暴露时间三者之间的幂函数模型,对血泵的溶血进行了预测.后,用溶血实验结果进行了验证.结果表明,在相同的边界条件下,流线型叶轮泵内的溶血值要小于直叶片叶轮泵,与溶血实验结果一致.可见,应用CFD实现溶血的定量计算是可行的,溶血、切应力和暴露时间之间的幂函数模型能较好地反映血泵的溶血性能.
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磁驱动血泵溶血分析
测试磁驱动轴流心室辅助装置主体血泵溶血性能.利用计算流体力学(CFD)软件ANSYS,基于红细胞受到切应力和相应曝光时间的计算溶血方法预测血泵溶血性能,计算红细胞粒子随着时间推移在血泵内运动轨迹上受到破坏程度.通过体外模拟循环实验实际测试血泵体外溶血性能,计算得到血泵实际标准溶血指数.CFD计算结果转化的标准溶血指数与实际体外实验结果比较相差较大,与CFD计算简化和实际计算循环周期有很大关系.磁驱动轴流心室辅助装置主体血泵有较好的实际溶血性能,血泵实验期间无不良状况发生,可以进行进一步实验.
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应用CFD研究叶轮设计对人工心脏泵内流场的影响
溶血是叶轮血泵常见的一种血液破坏现象,而造成这种现象的内在原因是血液的动力学行为.本研究针对基于流线型设计的叶轮血泵和一种直叶片血泵,应用CFD对其内部流场进行了数值模拟,并通过溶血实验对结果进行了验证.研究结果表明,流线型叶轮血泵内的流动模式符合流线型设计理论,与直叶片叶轮血泵相比,它的溶血较小,更符合血液动力学要求.可以认为,在相同的边界条件下,流线型叶轮血泵具有更好的血液相容性,不容易造成血液破坏.
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联合应用超声与计算流体力学对小鼠主动脉弓血流动力学研究
目的 联合小动物超声仪和计算流体力学(CFD),开展小鼠主动脉弓及其主要分支内血流动力学的三维数值模拟探索研究,为深入了解其生物物理状态提供更详实的流体力学数据信息.方法 采用小动物超声仪对5只正常小鼠的升主动脉、弓部及其分支、弓降部近端血管结构及血流速度进行超声多方位综合测量,利用CFD方法计算小鼠主动脉弓部及其分支血管内速度、血流压力和壁面剪切力,展示其内血流旋涡等复杂流动模式.结果 CFD数值模拟显示在小鼠升主动脉起始部及左锁骨下动脉起始部存在明显的漩涡流动,并显示该处动脉内皮细胞承受的管壁压力、剪切应力和附近血流速度明显高于其他管壁.结论 基于超声图像的小鼠主动脉弓部三维血流CFD数值模拟能够建立,其结果显示了主动脉弓部复杂的血流模式,可为动脉疾病的发病机制提供更丰富的血流动力学参数.
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仿真技术在气溶胶喷雾器设计中的应用
目的：研制一种便携式气溶胶喷雾器。方法借助计算机辅助设计（ computer aided design ，CAD）技术构建气溶胶喷雾器三维模型，并用计算流体动力学（ computational fluid dynamics ，CFD）技术对喷头进行仿真分析。结果设计出便携式气溶胶喷雾器产品造型，得到高速气体在不同位置的速度、压力随时间的变化情况，揭示漩涡分布特性，为喷头结构设计提供理论依据，减少了开发费用，缩短了开发周期。结论利用CAD技术为气溶胶喷雾器快速合理设计，结构参数优化提供了一种有效方法，过去主要借助于大量物理模拟实验方法处理的流体力学问题，现在大多数可以通过CFD技术加以仿真分析和解决。
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某轻武器低温试验室职业卫生现状与改善
目的:分析某轻武器低温环境试验室枪尾气污染程度,评估其对职业卫生的影响,提出经济有效的防护措施.方法:对污染现状和不同防护措施进行计算流体力学(CFD)数值模拟,并结合现场监测数据评估污染现状与防护效果.结果:轻武器低温试验过程中CO污染严重,模拟结果与现场情况基本相符,作为评估方法结果可信.结论:脉冲式污染源破坏工位气幕隔离效果,污染源原位隔离加外防护罩的方式更有效.
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实验室用多功能操作箱优化分析
目的:研制一种生物评测的多功能试验操作箱.方法:利用CAD技术,建立支撑台桌的三维模型及操作箱内的流体CFD模型,借助ANSYS静力学分析模块对台桌进行强度分析并优化结构;采用ANSYS FLUENT对操作箱进行换气流动模拟仿真.结果:通过对台桌结构的优化,为设计工作中解决主体框架的均布承载提供了理论依据;通过仿真得到了内部的气流压力、速度分布图,可用来分析操作箱内气流分布的变化情况,为操作箱上的气体流路设计提供依据.结论:CAD/CAE技术是进行产品结构优化设计的有效方法,有助于对所设计的项目进行分析和评价;通过CFD技术,可利用计算机模拟并显示流场中的现象,有助于在较短时间内了解流体力学问题.
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仿真技术在基因芯片杂交仪微流路设计中的应用
目的:为了加快基因芯片技术的推广和应用,研制一种集基因芯片清洗、温育、杂交等于一体的新型仪器,使整个过程可在计算机控制下自动完成.方法:借助计算机辅助设计(computer aided design,CAD)技术,针对基因杂交仪微流路模块进行建模;借助计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术,应用CFX软件建模分析得到不同流路方式的液流情况;对固架承载结构进行静强度分析,得到其承载分布情况;对电加热模块进行热-固耦合分析,得到微流路模块热应力情况.结果:仿真技术为微流路设计提供了参考和依据,从而更高效地设计出了满足实验流程的基因芯片杂交、清洗微流路模块,避免了结构工艺因素的影响,使得到的实验数据更加科学可信.结论:运用仿真技术完成对微流路模块的设计研究,可以有效地缩短开发周期、节省试验成本,对于该类产品的试制与性能测试具有一定的参考意义.
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Ⅱ型轴流VAD的CAD及流场分析
目的:近年来随着心脏外科的发展,心脏移植的大量涌现,作为心脏辅助桥梁过渡的心室辅助装置(ventricular assistant device,VAD)的研究再次掀起高潮;而机电工程、材料技术的发展,又使VAD的实现逐渐成为可能.目前我国所研制的VAD不能应用于临床的大障碍是VAD主体-血泵的血液相容性问题没有很好地解决,切确地讲VAD应用时的溶、凝血问题是目前国内、外VAD研制的一个难题.方法:本文中我们采用计算机辅助设计(CAD)工具设计Ⅱ型轴流VAD,用有限元计算方法进行泵内流场分析(CFD)的方法对VAD进行血液相容性研究.结果:(1)VAD的压力流量输出可以满足心室辅助的要求;(2)流场中的大剪切率出现在叶轮入口的地方,在整个叶轮端面保持了较高的剪切率,而且随着转速升高,剪切率增大;流量增加,剪切率也增大;(3)在叶轮相对径向流速以较高速度旋转时,在入口附近,流场保持层流状态;接近转子时.流体开始加速,同时具有周向剪切速度;由于叶轮与转子连接部位具有不对称性,转子和泵壁之间的流场出现了不对称性,中下壁面出现较大波动,而在其对称面上没有出现波动;在叶轮附近.流场发生着剧烈的变化,同时随转速的不同,流动呈现不同的流动状态;在靠近轮毂的地方会出现湍流,叶片之间出现较大的分离涡流,流场剧烈波动;在出口导流叶片与叶轮的相接区域,流动出现局部回流,在狭窄的交接区域,出现流动滞止;流体进入导流叶片时,由于导叶端面有较大的几何形状变化,流动方向在此急剧变化会引起流动分离,从而影响了出口流速和流动的稳定性;(4)从流场显示中观察到叶轮与出口导叶片接触端面压力变化剧烈.结论:出口、叶轮内部及与其与出口导叶片连接部分、出口导叶片内部流场不稳定容易形成涡流和流动停滞,容易形成血栓;叶轮与出口导叶片连接端面以及叶轮内部剪切力较高,容易产生溶血.
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计算流体动力学对次氯酸钠在不同锥度根管内流动的分析研究
目的 本研究是使用计算流体动力学(CFD)模型来模拟分析3％次氯酸钠在不同锥度根管内流动的情况.方法 使用CFD来建立底端开口平头针头的根管冲洗模型,设置根管锥度分别为0.02、0.04、0.06,使用Fluid软件进行处理分析.结果 在3种根管冲洗模型中,随着根管锥度的增加,冲洗液所能到达的位置随之增加.速度高区域均集中在针尖区域;当根管锥度逐渐增加,3％次氯酸钠对对根管壁产生的切应力逐渐减小,而所能到达的范围随之增加.结论 随根管锥度增加,冲洗液在根管内能到达的范围增加,同时对于根尖的压力增加.
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前列腺增生的膀胱尿道系统流场仿真研究
测量排尿过程中的声音信号来诊断膀胱出口梗阻BOO.建立了一个三维的CFD模型,用来研究漩涡与梗阻的关系.通过计算都得到了各种情况下尿道内部的流场分布.比较计算结果可知,漩涡的大小主要由阻塞程度决定,其次还受膀胱压力的影响.计算结果对于完善这种声学无侵入诊断方法 具有参考意义.
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结肠功能性疾病罗马Ⅱ与罗马Ⅲ标准在临床应用中的比较
2006年,罗马Ⅱ标准取代了罗弓Ⅲ标准,成为诊断消化系统功能性疾病的新标准并在国际上普遍应用.结肠功能性疾病(CFD)是消化科门诊的常见病,不单纯依赖检查,转而通过患者病史和症状特点进行诊断是目前该类疾病的研究热点.本研究分析罗马Ⅱ标准与罗马Ⅲ标准在诊断CFD中的异同,以进一步加深埘CFD的了解.
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液相催化加氢釜搅拌改造设计的CFD研究
对液相催化加氢过程进行了计算流体力学(CFD)模拟计算,研究了DT 601叶轮在不同搅拌转速下的吸气速率和搅拌功耗.结果表明DT 601叶轮的吸气能力随搅拌转速的提高而增强,还存在一个小转速,低于此转速则失去吸气能力;搅拌功耗随搅拌转速的增大而增大,在研究的转速范围内,近似成线性关系.结合改造前的搅拌配置,确定了改造后的电机功率和搅拌转速.工业应用结果表明,改造后各项技术指标均有改善,改造获得了成功.
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FFR值与冠动脉狭窄度的数值模拟
目的:利用有限体积法对冠状动脉进行数值模拟,探讨不同狭窄程度的冠状动脉简化模型在舒张期血液的压力分布,并以此计算出(Fractional Flow Reserve,FFR)FFR值,阐明冠状动脉不同狭窄程度与FFR值之间的关系,为冠状动脉狭窄的诊断提供参考.方法:以血流动力学基本原理建立不同狭窄度冠脉的物理模型,利用有限体积法,计算不同狭窄几何模型的速度、压力和壁面剪切力等血液流体动力学特征,利用开源软件OpenFOAM对人的冠状动脉不同狭窄程度的简化模型进行血流三维数值模拟.结果:计算获得了人的左冠状动脉不同狭窄程度的血流在舒张期压力分布图.当狭窄程度小于70％,FFR值下降缓慢;当狭窄程度在70％和90％之间内,FFR值下降速度明显加快,当狭窄程度大于90％时,FFR值急速下降,另外,当狭窄程度在大于80％之后,冠脉血管内血流流场的速度压力变化加大.结论:通过对不同狭窄度下冠脉血管血液流体动力学特性的计算,进一步说明有限体积法对冠脉狭窄的模拟问题的计算,人左冠状血管狭窄的百分数与冠脉的FFR值并不是呈线性关系,而是呈曲线样改变.
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离心血泵内部流场数字模拟及溶血分析
血泵是心脏辅助循环装置的核心部件之一,其运行过程中所产生的血栓和溶血超出安全范围将会引发多种并发症,严重者甚至危及病人生命,因此血栓和溶血问题是衡量血泵性能的重要指标也是血泵的重要研究课题.研究表明,溶血主要是由血泵内叶轮的机械运动及血液的复杂流动的高剪切力引起,因此溶血多出现在血液与固壁接触面上及复杂流动的流体间.本次研究的目的是要探索用数值模拟的方法分析离心血泵内部的流场及溶血情况,在研究中通过与上海某医院合作实验采集一种叶片式离心血泵运行过程中的实验数据,再对该叶片式离心血泵内部流场进行数值模拟,通过对比血泵实际运行情况与数值计算结果对其内部血栓和溶血问题进行系统的分析研究,终数值模拟分析的情况与该血泵在实际运行中的血栓和溶血情况基本相符.通过本次研究探索用数值模拟的方法对血泵的血栓和溶血现象进行分析,特别是对溶血现象进行一定程度的定量分析,此分析结果及分析方法可为血泵优化及临床应用做方法指导之用.
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基于准静态平面流场的新型皮肤组织工程灌注式生物反应室设计与初步模拟
目的 设计准静态平面流场的灌注式新型生物反应器,以适合组织工程皮肤的培养要求.方法 采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)商业软件FLUENT模拟新型生物反应器中的流场及培养支架壁面上的切应力,设计出一种能够层叠、低剪切力、均匀平面流场的生物反应器.结果 模拟结果表明筛网状支撑物及组织工程皮肤构建物表面处的大切应力小于3×10-5 N/cm2,且培养室中的流场是均匀的.结论 新型生物反应器满足准静态平面流场的要求,有可能在未来的皮肤组织工程研究和生产中广泛使用.
关键词： 新型灌注式生物反应器 皮肤组织工程 准静态平面流场 CFD -
计算机流体力学物理参数评估阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征术后疗效
目的：初探计算机流体力学物理参数评估OSAHS术后疗效的情况。方法通过1例OSAHS患者的CFD上气道建模，观察呼吸道气流及压力改变。结果该患者口咽部气流流速变快，阻力降低。结论计算流体力学用于OSAHS患者呼吸气流流场分布的研究，有助于了解病因，采取恰当的诊疗方案。
