论文部分内容阅读
本文对牛顿特性血液流体、非牛顿特性血液流体在人体肺动脉及其分支内的血流动力学特性进行了数值模拟,并使用有限元方法对血液与血管的流固耦合问题进行了模拟研究。本文首先建立90°弯管模型,假定血液为牛顿流体,对弯管内血液动力学环境进行数值模拟,并将模拟结果与实验数据进行对比,发现两者具有较好的吻合性,证明拟采用的数值方法能够比较真实的模拟血管内血液的流动情况。进而采用Womersley脉动速度入口条件,对重建后的肺动脉及其分支,在一个心动周期内的牛顿脉动流血流动力学环境进行了数值模拟研究。然后,同样建立90°弯管模型对非牛顿特性血液流进行数值模拟,验证数值方法的适用性。考虑血液的非牛顿特性,将carreau模型应用到控制方程中,求解了肺动脉及其分支的血液动力学参数。研究表明,正常成人在心脏收缩期,主肺动脉及左、右肺动脉分支的压力均较心脏舒张期高；右肺动脉压力明显高于左肺动脉,右叶间动脉压力较左侧高；主肺动脉及左、右肺动脉内的流速有显著性差异,右肺动脉远端流速远大于左肺动脉；在收缩期右肺动脉分叉前近端血流形成高壁面剪切力场。由此可见,右肺动脉近端和右叶间动脉是血液动力学参数最早出现改变的阶段,对于早期肺动脉高压的诊断,应着眼于此段动脉的形态及功能改变。另外,本文将牛顿特性血液流体与非牛顿特性血液流体数值模拟结果进行对比,结果显示,牛顿流体与非牛顿流体模拟结果数值上存在差异,但动脉内速度、压力以及壁面剪切力分布的轮廓基本一致。最后,建立基于真实人体肺动脉的三维分叉结构,研究血液与弹性壁流固耦合问题,对血管的变形情况、血流的动力学特性进行了数值模拟。结果显示,在等效应力最大处,变形也最大,符合生理规律。肺动脉出入口以及分叉处是整个心动周期内流速、压力以及壁面剪切力变化最活跃的位置,也是整个心动周期内压力、流速和最高剪切力出现的位置,所以肺动脉出入口,以及分叉处是发生病变的最初位置。