湍流应力输运方程中Π_(ij)和ε_(ij)的模型在旋转流动中的应用研究

基于本文作者先前提出的构筑湍流应力输运方程中速度压力关联项Πij和耗散项εij的模型的一般途径[Proc．ofICFM－III，BITPress，1998]，本文推出了它的一个可用于三维流动的简化形式，计算了一个有旋绕的轴对称突扩管道内部流动．由于加入了湍流结构的上游边界条件，新模型对平均流场和Reynolds应力分量的预测比基本的微分应力模型（BRSM）有明显的改进．本文还对在手头没有真实的边界条件可用时，在各种常见的情况下如何加入湍流结构的边界条件作了初步的讨论．

湍流应力对中等质量转动恒星演化的影响

以恒星结构与演化理论中常用的混合程理论为基础,将湍流应力和自转离心力引入传统恒星结构模型中的流体静力学平衡方程,得到了考虑湍流应力作用下转动恒星的结构模型.并计算了一8M⊙恒星从主序星到早期AGB星的演化.研究表明:湍流应力对恒星的结构并无明显的影响,但使得恒星在各个演化阶段的寿命发生不同程度的改变;而且对流区域越大,恒星的演化寿命变化越大;对恒星在AGB星以前的演化轨迹也无明显的影响,使AGB星在赫罗图中的演化向有效温度降低、表面光度降低方向偏转,更加接近观测事实.

离心泵内流动湍流应力的PIV测量

本文利用可视化的"激光粒子成像测速技术(PIV)"对离心泵叶轮内部流场进行速度测量,并按照PIV数据分析的特点获得了测量区域的主雷诺切应力、主雷诺正应力和黏性切应力的分布。结果表明,主雷诺切应力的较大值均出现在叶片表面及叶轮出口处,随着叶片相位的不同,切应力分布也发生变化。主雷诺正应力以及黏性切应力的分布与主雷诺切应力的分布基本相同。

瓣下结构保留方式对二尖瓣置换术后瓣膜下游湍流剪应力的影响

目的观察瓣下结构保留方式对二尖瓣置换术后猪瓣膜下游湍流剪应力(TSS)的影响。方法滇南小耳猪27只,在全麻气管插管体外循环下行二尖瓣置换术。随机分为A、B、C组,各9只,分别采用单叶机械瓣膜、双叶机械瓣膜和生物瓣膜行二尖瓣置换。每组又分为3个小组,各3只,A1、B1、C1组未保留瓣下结构,A2、B2、C2组保留后瓣瓣下结构,A3、B3、C3组保留全瓣瓣下结构。采用彩色多普勒技术检测各组人工心瓣下游湍流剪应力。结果猪单叶瓣膜置换术后二尖瓣下游两核心区位点TSS组间比较P均>0.05,边界位点TSS组间比较P均<0.05,保留后瓣瓣下结构者高于不保留瓣下结构者,低于全保留瓣下结构者(P均<0.05)。猪双叶瓣膜置换术后、生物瓣膜置换术后二尖瓣下游两核心区位点TSS组间比较P均>0.05,边界位点TSS不保留瓣下结构者和保留后瓣瓣下结构者相比P>0.05,全保留瓣下结构者高于不保留瓣下结构和保留后瓣瓣下结构者(P均<0.05)。结论采用单叶机械瓣行二尖瓣置换术保留后瓣和保留全瓣均可引起跨瓣血流湍流强度增大,且保留全瓣高于保留后瓣者;采用双叶瓣膜和生物瓣膜者,保留后瓣瓣下结构不会导致跨瓣血流湍流强度增大,但保留全瓣可引起跨瓣血流湍流强度增大。

二尖瓣狭窄下游湍流剪应力体内多普勒超声定量检测的方法学研究

为建立与计算机图像分析技术相结合的人体二尖瓣狭窄下游湍流剪应力 (Turbulent shear stree,TSS)多普勒超声定量检测方法。本研究采用多普勒超声技术对正常人和不同程度二尖瓣狭窄病人组的二尖瓣下游血流速度频谱等指标进行多位点记录 ,通过计算机图像分析技术 ,测算出相关位点 TSS大小。结果表明不同程度二尖瓣狭窄组的二尖瓣下游核心位点 TSS与相对扰动强度 (Relative turbulent intensity,Irel)始终低于边界各位点 ;边界位点 TSS、Irel和流场均匀性等指标在正常对照和不同程度狭窄组之间均存在显著性差异 (P<0 .0 5 ) ,并均与有效瓣口面积 (Effective orifice area,EOA)明显相关。结论为二尖瓣有效开口面积越小 ,狭窄越重 ,射流边界 TSS和 Irel越大 ,射流核心区 TSS明显低于边界。研究结果显示 :应用与计算机图像分析相结合的多普勒超声技术所测人体二尖瓣狭窄下游 TSS与流场均匀性等常规多普勒超声指标具有良好的相关性 ,能共同反映不同狭窄程度病人瓣区血流动力学变化 ,因此表明本方法能比较准确地刻画人体二尖瓣狭窄下游 TSS的大小 ,并且 ,还具有安全无创、抗干扰能力强的特点 ,可用于瓣膜病病人瓣区流场中 TSS的定量分析。

二尖瓣狭窄下游湍流剪应力与心瓣膜损害的关系

目的 明确二尖瓣狭窄下游湍流剪应力 (turbulent shear stress,TSS)与心瓣膜损害的关系 ,为在细胞水平研究 TSS致心瓣膜内皮损伤提供前期研究。 方法 应用多普勒超声心动图与计算机图像分析技术 ,以 14例正常人为对照 (对照组 ) ,对 1998年 1～ 4月在我院就诊的 47例二尖瓣狭窄患者 (观察组 )心瓣膜病变及其下游 TSS进行 2年的随访动态观测。 结果 观察组随访期间心瓣膜病变与其下游 TSS均呈明显加重趋势 (P<0 .0 5 ) ,且二者显著相关 (r=0 .82 ,0 .86 ) ;此外 ,TSS的大小和分布与心瓣膜不同部位病变的严重程度之间存在一定的空间对应关系。结论 二尖瓣狭窄下游所产生的湍流剪应力是构成患者心瓣膜病变进行性加重不容忽视的重要原因 ,其具体作用机制有待进一步研究加以阐明。

瓣后血流湍流剪应力在体无创测量技术

本文提出并实现了基于彩色超声多普勒速度图像分析的瓣后血流湍流剪应力的在体无创测量的数值方法及软件。首先通过图像处理和图像分析得到待测位点至少 5个心动周期的速度曲线 ,然后在每个周期获取该位点N(N≥ 5 )个时刻的瞬时速度信息 ,由此计算该位点的速度扰动并进一步计算法向雷诺应力和湍流剪应力。软件包括图像捕获、图像预处理、交互式速度获取以及湍流剪应力计算等功能 ,并使用了多媒体数据库对数据和图像进行管理。实际应用表明 ,该方法和软件是一种方便可行的在体无创测量瓣后血流湍流剪应力的手段 ,可为一些瓣膜疾病的诊断和人工心瓣的性能评估提供有效的血液动力学依据。

保留相同瓣下结构比较不同人工瓣膜下游湍流剪应力的差异

背景:保留瓣下结构可引起瓣膜下游血流受阻,目前有关保留瓣下结构不同人工瓣膜下游血流受阻情况的定量研究尚不深入。目的:比较保留相同瓣下结构、不同类型人工瓣膜下游血流动力学性能的优劣。方法:按常规二尖瓣置换方法,在全麻气管插管体外循环下建立标准的猪二尖瓣置换模型。按未保留瓣下结构、保留后瓣瓣下结构以及保留全瓣瓣下结构3种术式处理猪的二尖瓣及其瓣下结构,置换的瓣膜类型为单叶机械瓣膜、双叶机械瓣膜和生物瓣膜。采用多普勒超声结合计算机图像分析技术,对猪保留相同瓣下结构的不同类型的人工瓣膜下游湍流剪应力进行体内定量实验。结果与结论:未保留瓣下结构的单叶双叶机械人工瓣膜下游血流动力学性能相当,均较生物瓣膜差。保留相同瓣下结构的不同类型人工瓣膜置换后其下游的血流动力学性能以生物瓣膜最佳,双叶机械瓣膜次之,单叶瓣膜最差。

曲线坐标下平面二维水流计算的代数应力湍流模型

本文对浅水流动的控制方程进行坐标变换,导出了非正交曲线坐标下平面二维水流计算的代数应力模型公式,建立了非正交曲线坐标下平面二维水流计算的代数应力湍流模型。采用实验室连续弯道进行流场验证,给出了速度场、湍流动能、湍流动能耗散率和各应力的分布图,比较了本模型与k ε模型的湍流动能和湍流动能耗散率在各断面上的分布,结果显示了本模型定量上的正确性。

与多普勒超声相结合的人体二尖瓣狭窄下游湍流剪应力二维有限元分析

目的探讨一种与多普勒超声相结合的人体二尖瓣狭窄下游湍流剪应力二维有限元分析方法。方法采用多普勒超声无创检测技术,将体内实时采集到的左心腔二维超声图像和左房、左室壁平均运动速度作为边界条件,对一组二尖瓣狭窄病人随访期间二尖瓣下游湍流剪应力(turbulentshearstress,TSS)进行计算机数值模拟、二维有限元分析。结果有限元分析显示:TSS在两次随访前后均存在显著性差异(P<0.05),与瓣膜病变Wilkins评分呈明显正相关(r:0.80～0.82);无论病变和狭窄程度怎样,跨瓣血流核心区位点TSS始终低于边界各位点,其最大值<80N/m2,结果同以往研究结论一致。结论二尖瓣狭窄下游所产生的TSS与瓣膜病变进展密切相关。有限元法对局部瓣区和整个流场中TSS和速度大小与分布的描述较为完整而详细,因此它与多普勒超声技术相结合,使心瓣流场中TSS的体内定量研究既全面而又准确。

二尖瓣狭窄手术前后下游湍流剪应力的多普勒超声研究

目的 :明确二尖瓣狭窄患者瓣膜病变及其下游湍流剪应力 (turbulentshear stress,TSS)与手术时机和预后之间的关系 ,为选择合适的诊治手段和最佳手术时机提供科学依据。方法 :应用多普勒超声与计算机图像分析技术 ,以正常人为对照 ,对一组接受经皮球囊二尖瓣狭窄扩张术或闭式二尖瓣分离术患者术前后与随访期间瓣膜下游TSS进行检测 ,同期对另一组非手术患者进行 TSS随访观测。结果 :术后 TSS较术前显著改善 (P<0 .0 5 ) ,而与正常对照相比仍有明显差距 (P<0 .0 5 )。手术患者两次随访前后 TSS等指标的增加值均显著低于非手术患者 (P<0 .0 5 )。结论 :对于中、重度二尖瓣狭窄患者 ,球囊扩张术或闭式分离术不能达到根治目的 ,但在一定程度上起到了减缓病情加重的作用。从远期疗效的角度上 ,考虑到术后残留狭窄下游 TSS仍将导致瓣膜病变进行性加重 ,建议推广超声心动图普查 ,有助于早期发现该病 ,同时可以考虑将手术时机选择在瓣膜病变早期、瓣叶和瓣下结构尚无明显损害时 ,以彻底解除瓣口狭窄、消除 TSS。

曲线坐标下平面二维污染物扩散输移的代数应力湍流模型

对浅水流动的控制方程和深度平均的污染物扩散输移的控制方程进行坐标变换,湍流的模拟采用各向异性代数应力湍流模式,建立了曲线坐标下平面二维水流计算和污染物扩散输移的代数应力湍流模型。采用具有浓度实测值的实验室连续弯道进行模型验证,对本模型计算的浓度分布与k -ε模型进行比较,结果显示了本模型在处理各向异性明显优于k -ε模型。

瓣下结构对人工心瓣下游湍流剪应力影响的实验研究

目的在二尖瓣置换动物模型上研究不同瓣下结构保留术式对人工心瓣下游TSS的影响。方法建立二尖瓣置换术动物模型,采用热线流速仪实测三种瓣下结构保留术式人工二尖瓣下游核心区和边界区6个测量点的TSS。结果三种保留术式人工心瓣下游核心区TSS无统计学差异,边界区保留后瓣组与未保留组TSS无统计学差异,保留全瓣组TSS高于未保留组和保留后瓣组(P<0.05)。结论未保留瓣下结构和保留后瓣瓣下结构人工心瓣下游血流流场边界区TSS较全瓣瓣下结构保留小,血流动力学性能较佳。

心瓣流场中湍流剪应力的方法学研究

本文从方法学的角度对目前心瓣流场中湍流剪应力体内外研究方法与检测技术及其优缺点进行了综合评估 .鉴于诸多方法各自具有的不足 ,有关湍流剪应力的研究迄今尚缺乏一种较为理想的方法 .指出体内无创研究是今后湍流剪应力方法学研究的一个主要发展方向 ,不断普及的MRI与逐步完善的多维彩色多普勒超声技术将成为准确性更高。

心瓣瓣膜区流场中湍流剪切应力对瓣膜损害的研究进展

心脏瓣膜病是一种常见多发的心血管疾病,在发展中国家,心瓣膜病的患病率高达2%~3%,风湿性心脏病是心脏瓣膜病的主要原因;在发达国家,心脏瓣膜病的患病率估计为2%,退行性变是心脏瓣膜病的主要原因[1]。心脏瓣膜病的主要病因除了风湿热与退行性改变外,还有先天性畸形、黏液变性、缺血性坏死、感染和创伤等。探讨心脏瓣膜损坏的机制,风湿患者感染乙型溶血性链球菌后诱发机体的自身免疫性反应,导致心瓣膜及瓣下结构的不同部位粘连融合,瓣膜僵硬、变性、瓣缘卷缩等破坏,但国内外相关研究表明[2-4]:当风湿等感染因素被控制后或某些先天性瓣膜疾病,随时间的推移,瓣膜仍旧出现进行性损害,另外,对应置换生物心脏瓣膜(bioprosthetic heart valve,BHV)的患者研究表明,血流湍急的二尖瓣位和主动脉瓣位,生物心脏瓣膜的衰败程度明显高于流速低缓的三尖瓣位[5-6]。究其原因,可能与瓣区血流动力学紊乱所产生的湍流剪应力有关。

低湍流度时尾流湍流切应力和湍流动能的相关

简述了在性能优良、湍流度极低（０．０２％）的西北工业大学低湍流度风洞中用热线风速仪测量翼型近场尾流及边界层速度型、湍流强度、雷诺正应力及切应力等的简况，并着重讨论了极低湍流度下近场尾流中湍流切应力和湍流动能间的相关特性，表明相关值明显不同于常规湍流度的结果。

对称翼型近场尾流中湍流切应力和湍流动能间的相关

本文概述了用热线风速仪测量 NACA63-012对称翼型近场尾流及后缘边界层湍流特性的情况,并对实验结果进行了分析、讨论。文中着重探讨了近场尾流中雷诺切应力和湍流动能的分布规律,并对两者进行了关联。

江苏近海潮流湍流切应力研究

潮流的流速分布和湍流切应力的分布密切相关。为了研究潮流湍流切应力的特征和变化规律,本文从潮流运动方程推导出随潮流呈周期性变化的湍流切应力随深度的分布表达式。从江苏近海现场实测流速剖面中计算得到一个潮周期内的湍流切应力的变化过程。通过将实测值与本文理论解的比较发现,计算值能很好地反映出实测值的变化特征,尤其是能正确地反映潮流在加速和减速过程中,湍流切应力偏离线性分布呈现上凹和下凹的现象,以及只有在加减速转换的时候切应力才呈现线性分布的特点。最后,通过分析湍流切应力振幅及相位沿水深的变化情况,认为反映潮流周期、涡粘性和水深之间关系的参数Ri是决定湍流切应力弯曲程度及分布形态的重要参数。对于近海潮流,水深是影响湍流切应力偏离线性程度的主要因素。

含有周期涡结构的湍流雷诺应力与平均速度梯度之间的迟滞效应

针对存在时空周期涡旋结构的湍流场,对湍流雷诺应力与平均速度梯度之间的空间迟滞效应进行了实验研究,发现二者流向相位差呈周期变化.在低速回流式水槽中,利用二维高时间分辨率粒子图像测速(TimeResolved Particle Image Velocimetry,TRPIV)技术,对Re=324的圆柱尾流流场进行测量.经过49个周期166个相位的8215个PIV瞬时流场,经过周期相位平均,得到一个周期内不同相位典型的湍流雷诺应力和平均速度梯度的空间分布.利用湍流雷诺应力相位平均图像和平均速度梯度图像在不同时间相位下的空间互相关函数最大值对应的流向空间距离,得到湍流雷诺应力与平均速度梯度之间沿流向的空间相位差,并绘制流向相位差随周期相位的演变过程.本文验证了湍流复涡黏模型的合理性,为建立符合周期涡旋结构物理机理的湍流模型研究提供了实验依据.