应用计算流体动力学方法估测医院急诊大厅颗粒物分布特征的研究

目的基于室内场所的空间几何构型、风速、颗粒物浓度和环境温度测量值,阐述空气中颗粒物浓度、悬浮时间等分布规律。方法现场测量医院急诊大厅的空间及其中大型设施的尺寸,测量环境中颗粒物数量浓度、温度、风速,场所空间尺寸用于构建模型,环境检测参数用于确定模型的边界条件和验证模型的正确性。基于格子波尔曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)计算颗粒物运动,应用对流扩散方程计算空调送风系统出风口处颗粒物浓度的变化,离散相模型(discrete phase model,DPM)用于计算颗粒物在流场的运动情况。结果环境检测表明空调送风系统出口风速与室内颗粒物数量浓度呈负相关,人群聚集的候诊区颗粒物数量浓度高于诊室(P值均<0.05)。通过建立的数学模型进行仿真计算,仿真相对浓度未超过实测相对浓度的x±s范围,候诊人群使局部颗粒物浓度升高,候诊区人员咳嗽呼出气中的颗粒物可以在15 s内传播给周围的人,呼出气中60%的颗粒物悬浮时间可持续几分钟或更长时间。结论改变模型中的空间几何尺寸和环境检测参数可以用于计算不同室内场所中颗粒物的分布情况,仿真结果与实测结果具有可比性,数学计算结果可支持环境呼吸危害防控管理措施的制定。

计算流体力学模拟房颤患者肺静脉收缩期回流速度对于左心房血流动力学的影响

目的心房颤动(AF)使心房的主动收缩功能和舒张功能明显受损,房颤的发生使病人血栓栓塞风险明显增高,预后很差。在房颤发作期间,肺静脉的收缩的回流速度明显下降,从而使舒张期回流成为左心房充盈的主要因素。收缩期左室储器功能下降与阵发性或持续性房颤病人的缺血性卒中/短暂性脑缺血发作风险增加显著相关。但是目前机制尚不明确。方法基于心脏增强计算机断层扫描影像,重建肺静脉-左心房-左心耳结构模型,通过设置个性化病人肺静脉入口及二尖瓣出口边界条件,左心房壁面设置为沿长轴二尖瓣环纵向运动。进行计算流体力学模拟,定量评估左心房储器阶段不同肺静脉回流速度情况下,左心房、左心耳血流动力学的变化。结果本研究发现常见的4根肺静脉呈交错排列从左心房发出,基于此肺静脉-左心房结构,在左心房储器阶段左心房内存在血液流动形成的“大涡环”结构,该涡环结构从左心房后面观呈顺时针方向,跨越整个左心房。随着肺静脉收缩期回流速度的减小,该涡环结构逐渐减小甚至消散。相关的左心耳TAWSS减小、OSI增高及RRT延长。结论肺静脉收缩回流速度的大小对于房颤期间涡环结构的形成至关重要;“大涡环结构”的存在有助于促进左心房与左心耳血液的交换及预防二者血液发生瘀滞。

基于计算流体动力学技术评估动脉瘤性蛛网膜下腔出血后迟发性脑缺血风险

目的基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)技术,探究动脉瘤性蛛网膜下腔出血(anauryrmal subarachnoid hemorrhage,aSAH)后颅内血流动力学早期变化与迟发性脑缺血(delayed cerebral ischemia,DCI)发生的潜在关系。方法本研究前瞻性收集经CTA(CT Angiography)诊断并经DSA(Digital Subtracted Angiography)或手术证实为颅内动脉瘤破裂的患者。收集患者的临床和术前、术后的头颅CTA数据。基于患者的CTA原始图像构建个体化颅内血管模型,基于CFD技术模拟计算术前、术后的压力和壁剪切应力(wall shear stress,WSS)及PR(pressure ratio)、WSSR(WSS ratio)。通过随访影像学或临床体格检查判断是否发生DCI,并分为DCI组和无DCI组,分析比较两组间临床资料及血流动力学参数差异及其与DCI相关性。结果共入组51例患者,其中DCI组共15例患者(29.4%)DCI组较无DCI组,入院时收缩压(170.87±20.28 vs.1.58.19±28.06,P=0.037)、Pressure术后(19735.10±860.18vs.14606.06±11260.28,P=0.010)和PR(1.58±0.01vs.1.37±2.12,P=0.012)均较高。单因素分析显示血流动力学参数均无统计学差异,而多因素分析显示Pressure术前(OR=1,95%CI:0.999~1,P=0.017)、Prassure术后(QR=1.00.1,95%CI:1~1.001,P=0.007)、WSS术前(OR=1.096,95%CI:1.002~1.198,P=0.045)和WSS术后(OR=0.888,95%CI:0.806~0.979,P=0.017)对DCI的影响有统计学意义。ROC曲线显示,基于Pressure术前、Pressure术后、WSS术前及WSS术后模型对DCI的识别效能AUC为0.794,敏感度为73.33%,特异度为86.1%。结论aSAH后颅内血流动力学早期改变与DCI发生有关。

一种基于计算流体动力学的非侵入性评估门腔静脉压强梯度新方法

目的准确评估门静脉高压(PH)患者的门腔静脉压强梯度(PCG)对于诊断和治疗都具有重要意义。本研究旨在开发一种非侵入性方法来评估PH患者的PCG,并评估其准确性和有效性。方法纳入了37名接受经颈静脉肝内门体分流术(TIPS)治疗的PH患者。利用计算机断层血管造影术创建了每位患者术前和术后的三维模型,并通过多普勒超声检查获取了患者门静脉(或脾静脉和肠系膜上静脉)的血流速度,然后建立了一个多尺度模型,最后通过计算流体动力学(CFD)无创获取了患者术前和术后的PCG,并将这些非侵入性结果与临床侵入性测量结果进行比较。结果在TIPS手术前后,CFD数值模拟获取的PCG与临床侵入性测量数据之间存在强烈的线性相关性(R2=0.998,P<0.001和R2=0.959,P<0.001)。这种非侵入性方法的评估准确率达到了94%,并且如果超声结果误差小于20%,其对数值准确性的影响是可忽略的。此外,通过这种数值方法还获得了门脉系统血流动力学环境的信息,例如在一些患者的门静脉中观察到螺旋流动模式。结论本研究提出了一种用于评估PH患者在TIPS手术前后PCG的非侵入性数值方法。这种方法可以帮助医生准确诊断患者并选择适当的治疗方案。另外,未来它还可以用来进一步研究与TIPS相关的并发症的潜在生物力学原因。

基于计算流体动力学的燃烧过程数值模拟与优化

本文通过对几种常见的基于计算流体动力学(CFD)的燃烧过程数值模拟方法进行比较分析,阐述各方法在不同条件下的优势与不足,并指出在今后工作中需要重点关注的问题。最后,针对CFD技术在燃烧过程数值模拟中存在的一些问题提出建议,并展望CFD技术在燃烧过程数值模拟领域中的发展趋势。

矿用隔爆型干式变压器温升的计算流体动力学仿真分析

为解决矿用隔爆型干式变压器温升计算存在偏差的问题,本文作者使用计算流体动力学仿真软件对矿用隔爆型干式变压器的温升进行仿真分析,与实际温升试验数值进行对比,最终仿真数据值与实际值基本一致。

光滑粒子流体动力学流体仿真技术综述

光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)是实现流体仿真的主要技术之一.随着生产实践中流体仿真应用需求的增加,近些年涌现了许多相关研究成果,改善了流体不可压缩性、粘性、表面张力等物理特性模拟的视觉真实性、效率与稳定性.同时,一些工作探讨了复杂场景的高质量模拟,以及多场景、多材料的统一仿真框架,增强了SPH流体仿真技术的应用效能.从以上几个方面对SPH流体仿真技术进行归纳、总结和讨论,并对其未来发展进行了展望.

基于结构力学和流体动力学分析的HfO_(2)空心微针结构研究及评价

目的研究不同尖端尺寸HfO_(2)空心微针(hollow microneedle,HMN)的结构力学性能和HfO_(2)空心微针流体力学性能,以增强HfO_(2)空心微针的穿刺性能,减少给药过程中液体药物的损耗,并提高空心微针给药的精准性。方法针对HfO_(2)空心微针长度(L=250μm、350μm、500μm)、直径(D_(b)=150μm、200μm、250μm)以及针尖直径(D_(t)=10μm、20μm、30μm)进行正交设计得到9组HMN的尺寸参数组合,并进行结构力学分析,选出最优外形的HfO_(2)空心微针。对T形、120°Y形和60°Y形三种形状的管腔孔道进行流体动力学分析。在不同入口压力下,研究三种管腔内部流体的压力场、速度场分布,并分析3种管腔的流体速度损失,量化评估HfO_(2)空心微针孔道的流动性能。结果针对9组HfO_(2)空心微针的结构力学分析,结果显示微针长度为350μm、基底直径为200μm、尖端直径为20μm时,HfO_(2)空心微针能得到较高的安全系数并保持结构的稳定性,在穿刺过程中未发生失效。针对HfO_(2)空心微针的流体动力学研究,结果表明,60°Y形的HfO_(2)空心微针管腔,入口至出口处的速度损失最小。结论本文设计的HfO_(2)空心微针在满足安全要求的同时可实现穿刺性能优化,并减少流速损失和实现无堵塞给药,为后续降低实验研究相关的成本和时间提供指导。

基于CFD的某特种电动汽车空气动力学分析与改进设计

为降低某特种电动汽车空气阻力,对其车身造型进行了改进设计。对初始设计的汽车模型进行CFD外流场仿真分析,得出其风阻系数为0.4173,车顶前端、前窗和尾部等有明显的涡流。选择车顶倾斜角α(1)、前窗玻璃角α(2)、前唇倾角α(3)、后背角α(4)和尾部上翘角α(5)为设计变量,仿真分析车身外形局部结构参数对汽车气动特性的影响,并提出了改进设计方案。仿真结果表明:改进后车身升力系数的绝对值为0.1141,相对初始设计提高了41.92%;风阻系数为0.3937,相对初始设计降低了5.66%,有效改善了汽车的气动特性,提升了其续航能力。

基于计算流体动力学CFD的电力工程仿真设计

阐述计算流体动力学CFD的原理,电力工程仿真模型的特点,电力工程仿真的计算方法,提出基于CFD的电力系统仿真的几种模型。基于工程实例,探讨不同类型的电力工程仿真计算过程,包括网格划分及网格独立解、计算参数设置、计算结果分析,验证CFD方法在电力系统中的应用。

石油化工装置的流体动力学模拟与性能改进

目前,石油化工生产过程中,对石油化工装置进行模拟与性能改进是非常重要的研究方向。本文的主要目的是先进的数值模拟方法来研究对石油化工装置进行优化,从而达到提高生产效率,降低能耗,降低环境污染的目的。主要介绍了 介绍了流体动力学模拟的基本原理和方法,CFD (Computational Fluid Dynamics, CFD)与多相流数值模拟的理论与方法。在此基础上,重点研究了石油化工装置中的混合、分离、传热与质量传递等关键的流体力学问题。从器件设计、工艺参数优化、材料制备等方面开展研究。最后对重要性和未来的发展方向进行了研究,希望能对石油化工装置的可持续发展起到积极的推动作用。

基于流体动力学仿真的微量润滑喷嘴参数优化

微量润滑(MQL)切削技术在切削加工中获得了良好的加工效果,其中喷嘴参数对微量润滑性能有着重要影响。为改善和优化微量润滑性能,采用正交试验法和ANSYS Fluent软件对气相窄流区宽度、锥度、输出管长度、气相窄流区长度、输出孔径、流量等6个因素的影响进行了流体动力学的数值仿真研究和统计分析。结果表明,在不同评价标准下,6个影响因素的主次顺序不同;影响综合指数的最重要参数为距离喷嘴0.1 m处的喷射截面分散程度,影响综合指数的优先顺序为:距离喷嘴0.1 m处的喷射截面分散程度>距离喷嘴0.2 m处的喷射截面分散程度>离喷嘴0.3 m处的喷射截面分散程度>喷射方向衰减率>离喷嘴0.05 m处的喷射绝对速度;喷嘴参数的最优组合为:输出孔径1.5 mm、输出管长度0.5 mm、锥度45°、气相窄流区宽度0.2 mm、气相窄流区长度0.5 mm、流量40 L/min。

基于个体化计算机流体动力学方法评估阿尔茨海默病脑血流动力学改变

目的基于阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)患者和认知功能正常对照者影像学数据构建个体化计算机流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)模型,并定量评估受试者脑血流动力学状态及其对AD的诊断效能。方法纳入AD患者30例及认知功能正常的对照34名,基于磁共振血管成像(magnetic resonance angiography,MRA)重建其几何动脉树,结合颈/椎动脉超声血流动力学参数以及同步动脉血压构建个体化CFD模型,以模拟其血流状态并计算相关动力学指标。结果AD组与对照组相比,年龄[(75.33±8.93)岁vs.(68.12±10.73)岁]、体质指数[(22.89±3.41)kg·m^(-2)vs.(24.48±2.90)kg·m^(-2)]、尿酸[(265.17±80.36)μmmol·L^(-1)vs.(323.15±89.70)μmmol·L^(-1)]、白蛋白[(38.29±4.22)g·L^(-1)vs.(40.46±3.62)g·L^(-1)]、脑血流量(cerebral blood flow,CBF)[(10.14±3.10)cm^(3)·s^(-1)vs.(12.73±3.42)cm^(3)·s^(-1)]、脑血管阻力(cerebrovascular resistance,CVR)[(10.72±4.12)dyn·s·cm^(-5)·1000 vs.(8.21±2.38)dyn·s·cm^(-5)·1000]的差异有统计学意义(P<0.05)。AD组颅内动脉血管体积分别与CBF(r=0.493,P=0.006)和颅内血管出口数目(r=0.519,P=0.003)呈正相关,CVR与CBF呈负相关(r=-0.826,P<0.001)。logistic回归分析显示,AD患病与年龄(OR=1.083,95%CI:1.014~1.157,P=0.017)和CBF(OR=0.803,95%CI:0.652~0.989,P=0.039)有关联。ROC曲线分析显示,CVR、CBF区分两组的曲线下面积分别为0.687、0.709(P<0.05)。结论年龄增加和CBF减少是AD独立危险因素。个体化CFD模型测定的CVR升高和CBF减低对AD诊断具有价值,该无创、无放射性定量测定脑血流动力学的方法值得临床推广。

利用计算流体动力学(CFD)方法研究电收尘器斜向气流分布

在讨论了电收尘器电场内气流分布对除尘效率影响的基础上,介绍有效降低粉尘返流损失,提高电收尘效率的斜向气流技术,进而利用CFD方法对电场内的气流分布进行数值模拟,给出了在电场内实现斜向气流分布时气流分布板结构调整方法和参数。

计算流体动力学(CFD)及其软件包在双螺杆挤出中的应用

从数学模型、软件包的应用和数值模拟对象 (即整根螺杆、熔体输送段、混合以及反应挤出等 )三个方面介绍了计算流体动力学 (CFD)及其软件包在双螺杆挤出中的应用 ,并讨论了双螺杆挤出加工数值模拟中尚待解决的问题。

计算流体动力学(CFD)在食品工业中的应用

计算流体动力学(CFD)是一种强有力的模拟工具,主要利用计算机和数值计算方法模拟流体流动。文中结合具体实例,概括了近年来CFD在食品工业中的应用现状,介绍了在食品工业常用的几种CFD软件,并展望了其在食品工业中的发展与应用前景。

不同生理条件下主动脉双叶机械心脏瓣膜血流动力学分析

采用计算流体动力学方法对不同生理条件下主动脉位置双叶机械心脏瓣膜下游的速度分布、涡演化、粘性剪切应力、雷诺剪切应力进行研究。收缩期峰值时,运动状态下血液射流较其他两种生理状态下更为强烈,最大血液流速为2.1 m/s。对于涡演化的分析表明3种生理状态下剪切层是比较明显的流动特征,在收缩期峰值时,血液与主动脉窦作用较为强烈。对于粘性剪切应力,当瓣叶完全打开时,瓣叶在瓣膜区阻碍了血液流过瓣膜,血流与瓣叶之间的相互作用导致了较高的剪切应力,3种生理状态下,观察到的最大粘性剪应力小于8 N/m^(2)。3种生理状态下观察到最大的雷诺剪切应力为700 N/m^(2)。本研究有助于为临床手术瓣膜选择以及术后康复提供理论依据。

船舶计算流体动力学可视化系统的SCFDVS开发

鉴于购买国外的 SCFD可视化软件价格异常昂贵 ,同时通用的可视化软件也不一定能够满足 SCFD研究的需要的实际情况 ,开发 SCF D可视化软件十分重要 .文中在介绍科学计算可视化任务的基础上 ,着重介绍了自行研究开发的一种船舶计算流体动力学可视化系统 SCF DVS的系统开发思想、体系结构与功能组成 。

计算流体动力学(CFD)在化工领域的应用

计算流体动力学(CFD)是一种以流体为研究对象的数值模拟技术。相对于实验流体动力学而言,它具有资金投入少、计算速度快、信息完备且不受模型尺寸限制等优点。因此是研究流体动力学有力的工具。本文主要综述了CFD技术在化工领域内的填料塔、旋流分离器、生化反应器、干燥器、流化床、换热器方面的应用。

基于CFD(计算流体动力学)的两栖车绕流场模拟

利用计算流体动力学理论,对不计自由面的两栖车辆的粘性绕流场进行了数值模拟,重点介绍了关键的SST k-ω湍流模型和混合网格布置方法。计算结果基本与实验数据吻合。