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分叉血管两相流数值模拟

陈阳

分叉血管两相流数值模拟

陈阳1
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作者信息

  • 1. 内蒙古民族大学
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摘要

由于二维平面内血液的流动状态也可以反映三维立体结构下血液的主要流动特征。因此本文首先对两种二维分叉血管模型在不同的入口速度下,进行了单相(血浆)流与两相(血浆、红细胞)流的血流动力学数值模拟,分析对比单相流与两相流的差别。发现由于红细胞的质量大、密度大,导致其惯性大,对于血液的流动可以产生稳定的效果。所以,在相同模型及边界条件下,两相流血液的流速要小于单相流血液的流速;而在分支上下拐点处及内部,两相流动方式下的低压力区域面积更大。也就是说,单相流动与两相流动存在一定程度的差别,而两相流相比于单相流动更加接近血液的真实流动状态。 近些年以来,心脑血管类疾病成为威胁我国乃至世界人民健康的第一元凶。通辽地处内蒙古东部且与东北地区相邻,结合了蒙古族的肉类文化与东北利用高盐量腌制食物的饮食习惯,心脑血管疾病类人群占比更是居高不下。本文对分叉血管位置附近血液的流速、压力及壁面切应力进行研究,从而为心脑血管类疾病的术前研判、介入治疗、以及术后康复提供血流动力学理论支持。 基于内蒙古民族大学附属医院提供的临床二维CT数据,利用医学三维重建软件MIMICS20.0对其进行三维重构,获取健康的颈动脉三维血管模型。并在3-matic-Medical中进行人为狭窄干预,分别在颈总动脉、颈内动脉及颈外动脉三个位置处进行25%、50%、75%狭窄干预,从而获取9种不同位置、不同狭窄程度的颈动脉三维血管模型。然后,导入计算流体力学软件FLUENT14.5中进行血流动力学数值模拟。探究不同位置、不同狭窄程度对颈动脉内血液的流动状态的影响。结果显示:1.由于颈总动脉位置处血流量较大,且流速较快,该处狭窄对于患者的健康威胁最大。2.颈动脉窦的存在可以为因狭窄而导致的“过量”血液提供了回流空间,从而减轻了颈内、外动脉狭窄处附近的血管壁压力。3.颈内动脉位置处的狭窄也会影响颈外动脉的血液流动状态,导致颈外动脉的血液涡旋流动现象减弱。 本文对单相流与两相流两种不同的流动方式进行了对比,用两相流模型探究了颈动脉不同位置、不同程度的狭窄对其血液流速、血管壁压力及切应力的影响,希望为临床治疗动脉粥样硬化、脑供血不足、脑卒中等疾病控制提供理论支持。

关键词

分叉血管/两相流/三维重建/颈动脉狭窄/血流动力学/数值模拟

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授予学位

硕士

学科专业

物理学

导师

彭红梅

学位年度

2021

学位授予单位

内蒙古民族大学

语种

中文

中图分类号

R3
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