高切應變率條件下血栓孔口流動的數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，人工心臟、支架等人造器官在世界范圍內(nèi)被廣泛地開發(fā)。然而這些人造器官對血細胞的破壞卻始終是制約其進一步發(fā)展的主要因素之一。對血細胞的破壞主要包括血栓和溶血。血栓和溶血可由多種理化因素引起，血液的不合理流動是其產(chǎn)生的重要因素。醫(yī)療流體器械往往具有較為復雜的內(nèi)部結構，這將增加血細胞破壞的可能性。故而從血液流動出發(fā)研究血栓和溶血的生成具有重要意義。
　　關于血栓的研究，采用修正的k-ε紊流模型對孔口流進行了數(shù)值模擬，運用差分法編程

2、計算得到了它的流場。在考慮了血液組成成分之間化學反應的情況下，模擬了血液成分（主要為血小板）在孔口流流場下的輸移，得到了血液成分的隨時變化，并分析了模型參數(shù)對計算結果的影響。通過壁面通量模型模擬了非血管壁面對血液成分的影響（主要為血小板的沉積），分析了不同孔口管形狀對血小板沉積的影響。并且采用了耗散粒子動力學方法模擬孔口流中血小板的碰撞和凝集，分析了孔口形狀對結果的影響，并且分析了模型參數(shù)的不同取值對結果的影響。研究結果顯示:孔口流的流

3、線在孔口處收縮，孔口周圍的切應變率比較大，并且不同孔口形狀下的流場也不相同;該血栓模型對模型參數(shù)較為敏感;濃度輸移的計算結果發(fā)現(xiàn)隨著化學反應的進行血液成分之間發(fā)生轉化，活化血小板在壁面的沉積越來越多，得到了活化血小板在壁面沉積數(shù)量的隨時變化并且計算了沉積數(shù)量的初始梯度作為血小板的沉積率;通過比較孔口流動的平均切應變率和血小板沉積率的關系發(fā)現(xiàn)高平均切應變率下的血小板沉積率也高，也就是說應盡可能地減少流體器械內(nèi)的切應變率以降低血栓生成的可能

4、。最后比較分子擴散系數(shù)和渦流擴散系數(shù)的結果發(fā)現(xiàn)渦流擴散系數(shù)下血液成分濃度更加均勻，然而血液成分總量保持一致。采用耗散粒子動力學方法的研究發(fā)現(xiàn)，血液在孔口管內(nèi)流動時血小板之間發(fā)生碰撞和凝集現(xiàn)象;孔口流動中耗散粒子動力學方法對模型參數(shù)較為敏感;不同孔口形狀下血小板的碰撞和凝集過程也不相同，高的平均切應變率對應血小板在壁面的附著量。
　　關于溶血的研究，利用商業(yè)軟件ANSYS對離心血泵在不同工況下其內(nèi)部的血液流動進行了數(shù)值模擬，得到了這

5、些工況下的流場。基于流場信息，計算了不同工況下的溶血評價量，分析了影響血泵溶血評價量的因素。同一比轉速下所計算的泵在高流量下的揚程較低，同一流量下泵在高比轉速下的揚程也高;不同工況下泵內(nèi)都產(chǎn)生了漩渦;泵在高流量和高比轉速下的壁面切應力也較高;同一比轉速下泵在高流量下溶血評價量也較高，同一流量下泵在高比轉速下的溶血評價量也較高。
　　本文主要通過數(shù)值模擬的方法研究了人工臟器開發(fā)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的血栓和溶血的問題，說明了數(shù)值模擬方法在該