新型微轴流血泵影响主动脉内血流动力学参数的数值仿真研究

目的为了改善因心肾综合症(CRS)导致的心衰患者肾脏灌注不良等问题,本研究通过数值仿真定量分析一种新型微轴流血泵对主动脉内血流动力学参数的影响。方法在心衰患者的CT图像中提取主动脉几何模型,将设计的新型微轴流血泵模型放置在肾上腹主动脉起始位置,采用计算流体力学计算血泵辅助时主动脉内的流场结构、速度、压力分布、壁面剪应力(WSS)和标量剪应力(SSS)等,并与无血泵支持的情况进行对比,分析其血流动力学差异。结果与无泵情况相比,血泵辅助时主动脉内血流变为更复杂的湍流模式,血泵下游区域的流动呈螺旋状且流速增大,主动脉内原生血流因泵出口血流的动量传递流动速度增大。泵上游的主动脉压减少,泵下游的压力增大,主动脉弓与腹主动脉之间压差增大,这对应颈总动脉和锁骨下动脉流量的减小以及腹主动脉各分支血管流量的增加。血泵支持下显著增大了WSS与SSS,泵出口血流冲击主动脉内壁使该位置处产生高WSS。此外,在压差作用下,部分血液从泵出口再次回流至泵内,这可能增加血液损伤,但随着泵速的降低回流血液减少。结论本研究验证了置于肾上腹主动脉的血泵可有效改善肾脏灌注。这项研究可用于临床治疗的指导和血泵手术干预的优化。

抬升角对食蚜蝇飞行动稳定性的影响

抬升角的存在对昆虫飞行时的气动力会产生不同程度的影响,其对昆虫飞行动稳定性的影响也非常值得探索。首先,求解Navier-Stokes方程得到了有抬升角时食蚜蝇的纵向与横向稳定性导数;然后,用特征模态分析法研究其动稳定性。结果表明:有抬升角时,在侧向来流作用下食蚜蝇的滚转力矩对应的导数比无抬升角时明显减小,而其余导数无明显变化,导数减小是由于抬升角的存在使得有侧向来流时因左右翅举力不同产生的正向滚转力矩数值明显减小,而由侧向力产生的负向滚转力矩数值略有增大,从而使得其总的负向滚转力矩数值增大;但有侧向来流时滚转力矩所对应导数的减小并未引起食蚜蝇飞行动稳定性的改变,其纵向和横向的特征模态仍与无抬升角时相同。

褶皱位置对蜻蜓滑翔翼气动性能的影响

改变昆虫翅膀的褶皱结构可以优化翼型的气动性能,有利于微型飞行器的气动设计。以蜻蜓翼作为参考,采用计算流体力学(CFD)的方法计算了攻角范围为0°~20°,雷诺数范围为700~2300时褶皱位于前缘、尾缘和中部位置时三种翼型的滑翔气动性能。结果表明:在不同攻角和雷诺数下,褶皱位于尾缘的翼型具有最大的升力系数和升阻比,滑翔气动性能最优;当雷诺数为1500,攻角为10°时,褶皱位于尾缘的翼型时均升力系数分别比位于前缘和中部的翼型提高了58%和82%,升阻比分别提高了49%和33%;这是由于尾缘褶皱中的涡起到了延缓前缘涡脱落的作用,使前缘涡更为集中,更贴近壁面。