纵向直进气道电喷天然气发动机进气过程的数值模拟

提出了渐缩形直进气道发动机的进气过程的多维数值解析方法,探明了气缸内纵向滚流的存在,通过与实验结果对比,验证了该计算方法的可行性.在此基础上,考察了渐缩影直进气道应用于多点电喷(MPI)天然气发动时,天然气喷射后进气岐管内的天然气浓度场和压力场,以及随后天然气-空气混合气在气缸内的质量分布和速度分布.结果表明,若仅把MPI汽油机的喷油器用天然气喷射阔更换,大量的天然气喷到进气阀后反射,造成天然气发动机进气岐管内的燃料浓度场、压力场与MPI汽油机明显不同;并且进气阀被打开后,先期吸入气缸的天然气在纵向滚流的作用下被挤向进气阀底部下方,与后期吸入气缸的空气形成明显的分层充气构造.

电喷稀薄燃烧天然气发动机进气过程的数值解析

用数值模拟的方法考察了将稀薄燃烧汽油机的纵向直进气道应用于MPI方式天然气发动机时 ,天然气喷射后进气岐管内的燃料浓度场和压力场 ,以及进气终了天然气—空气混合气在气缸内的浓度分布和速度分布 ;结果表明吸气阀打开后 ,经两吸气阀先期吸入的天然气在向内弯曲的纵向滚流的作用下被挤向吸气阀底部下方附近 。

非稳定天然气喷流的数值模拟

突发天然气喷流的发展过程被数值模拟 ,考察了天然气喷流内部的速度场、密度场等 .表明了在喷流下流的势涡流对喷流体的挤压作用是产生喷流的非稳定区域的原因 .并且 ,由数值计算的天然气喷流的质量分布图得到的喷流形状和贯穿距离等与由纹影照相得到的实验结果是相当一致的 .

基于脑动脉DSA图像中造影剂输运信息的血流速度估测方法初探

目的数字剪影血管造影(DSA)被广泛用于诊断血管疾病或引导介入手术,但关于其蕴含的造影剂输运信息能否被用于估测血流速度仍缺乏深入研究,尤其是针对复杂血管系统的相关研究鲜有报道。基于生物力学模型研究脑动脉中的造影剂输运特征,并测试多种血流速度估测算法的精度和适用性。方法构建脑动脉网络的造影剂输运模型,模拟多种解剖结构变异及动脉狭窄条件下的造影剂输运过程。

电控多点燃料喷射天然气发动机天然气喷流的数值模拟

多点电喷天然气发动机在实际使用时存在着发动机充气效率低 ,各缸混合气分配不均匀的问题 ,这被认为可能是向进气歧管内的天然气喷射引起的吸气流量变动 ,以及大量的天然气喷到进气阀表面后被反射到进气歧管入口并引起吸气干涉所造成的。本文使用通用热流体解析软件 ,数值模拟了从不同喷孔半径的天然气喷射阀喷出的突发非稳定天然气喷流的发展过程 ,探明了非稳定天然气喷流的内部结构及其对周围空气的影响等。为了验证本计算的可行性 ,本文使用了纹影装置 ,拍摄了不同喷射时刻天然气喷流的纹影照片 ,考察了天然气喷流的喷流形状、前端到达距离等。

MPI方式压缩天然气喷流的研究

在Witze亚音速空气喷流计算模型的基础上 ,经密度及超音速膨胀的影响等修正后 ,提出了超音速非稳定天然气喷流的数学模型 ,解析了从不同喷孔半径的天然气喷油器喷出的天然气喷流的贯穿距离等 ;并使用能够观察到天然气—空气密度梯度的纹影方法得到了数组天然气喷流的纹影照片 ,经画像处理得到的实验结果和理论计算结果非常一致。

新型动脉僵硬度指标与中年早期动脉粥样硬化的相关性

目的:探讨动脉波速指数(AVI)和动脉压力容积指数(API)对中年人群的早期动脉粥样硬化的预测价值。方法:选择2016年5月至2016年11月于我院住院的138例中年患者,根据冠脉造影(CAG)检查结果,分为动脉粥样硬化(AS)组(86例)和非AS组(52例)。CAG之前采集两组AVI、API和肱-踝脉搏波速度(baPWV),比较两组一般资料和动脉僵硬度指标,并分析AVI、API、baPWV和一般资料的相关性。结果:与非AS组比较,AS组AVI[(20.4±4.2)比(22.8±5.3)]和baPWV[(14.0±2.5)m/s比(16.3±3.0)m/s]均显著升高(P均<0.01)。AVI与年龄、收缩压(SBP)、舒张压(DBP)、平均动脉压(MAP)、脉压(PP)、API和baPWV呈显著正相关(r=0.219~0.471,P<0.05或<0.01);API与年龄、人体质量指数(BMI)、SBP、DBP、MAP、PP、脑钠肽(BNP)、AVI和baPWV呈显著正相关(r=0.213~0.726,P<0.05或<0.01);baPWV与年龄、BMI、SBP、DBP、MAP、PP、AVI和API呈显著正相关(r=0.201~0.472,P<0.05或<0.01)。多元线性回归分析显示SBP是AVI的影响因素(B=0.162,P=0.001),SBP、DBP和HDL-C是API的影响因素(B=-0.166~2.146,P<0.05或<0.01),SBP和HDL-C是baPWV的影响因素(B=0.116,-3.009,P均<0.01)。结论:升高的AVI和baPWV均可预测中年的动脉粥样硬化。

基于体外实验和数值仿真的冠脉介入手术中球囊去充盈瞬间的血流动力学研究

目的研究冠脉介入手术中血流参数在球囊去充盈瞬间发生的动态变化,探讨球囊去充盈对术后无复流发生风险的潜在影响。方法搭建体外实验装置,利用高速摄像机拍摄球囊变形过程和由染色剂标记的流场(流体介质为水),使用图像分析技术提取球囊变形参数,并估测球囊下游的流体流动速度;构建计算机仿真模型,导入实测的球囊变形数据,在多种灌注压和流体介质条件下模拟球囊去充盈过程。结果球囊在去充盈过程中呈现显著的非线性变形特征。球囊下游流速的数值计算结果与实测数据吻合良好,两者均显示流速随去充盈后的时间增长和灌注压升高而增大。数值计算进一步揭示,球囊下游流速在接近冠脉血流速度生理值时,球囊-管壁间隙流速和壁面剪应力分别达到其生理值的8~10倍和60~70倍。结论球囊去充盈引起球囊-管壁间隙流体急剧加速和壁面剪应力异常升高,从而增大斑块、血栓碎屑剥离的风险。鉴于壁面剪应力的升高程度随灌注压升高而增大,在冠脉介入手术中采取术前降压或选择舒张期去充盈等措施可能有助于降低无复流的发生风险。

多点电喷天然气发动机燃料喷射过程研究

数值模拟了从电喷天然气发动机喷射阀喷出的非稳态喷流的发展过程 ,并由纹影实验验证了解析方法的可行性。采用数值模拟的方法考察了天然气喷流贯穿距离与喷射压力和喷孔数的关系 ;以及喷射阀质量流量与喷射压力和环境压力的关系 ;为精确地控制天然气燃料喷射量提供了理论依据。最后数值模拟了进气歧管内天然气喷流的发展过程 。

基于上臂袖带振荡波评估动脉僵硬度的新指标及其影响因素

目的 应用上臂袖带振荡波技术获取动脉僵硬度新指标,并探讨其影响因素。方法 招募2020年8~12月上海交通大学附属第一人民医院健康体检的志愿者2 581例,依据年龄五分位数,即把年龄由大到小排列并分为五等分,分为≥69岁组651例、≥61.9岁组484例、≥51.6岁组482例、≥38岁组464例和<38岁组500例。采用袖带振荡波分析法获取所有受试者动脉波速指数(AVI)。其中,124例受试者采集了左心室射血分数(EF)。采用Pearson相关和线性回归分析分别分析AVI和年龄、身高、体质量、体质量指数及EF的相关性。结果 五组受试者的AVI值比较差异均有显著统计学意义(P<0.01),且AVI随年龄增加而增加,差异均有显著统计学意义(P<0.01);受试者的AVI与年龄呈线性相关(P<0.05),AVI与年龄、体质量指数、收缩压和舒张压呈正相关(r=0.539、0.072、0.486、0.192,P<0.01),与EF和身高呈负相关(r=-0.246、-0.111,P<0.01),但与体质量无相关性(r=-0.034,P=0.096)。结论 AVI是反映动脉僵硬度的新指标,其与年龄、体质量指数及左室射血分数密切相关。

多点电喷天然气汽车发动机进气干涉现象的数值解析

首先采用多维数值模拟的方法解析了从天然气喷射阀喷出的突发天然气喷流的发展过程,并由纹影试验验证了这个数值解析方法的可行性。在此基础上,解析了单进气阀和双进气阀发动机进气歧管内天然气的喷射和反射过程。结果表明,大量天然气与进气阀冲突后向进气歧管入口方向反射并造成进气阀附近气体压力升高;若进气歧管较短时,天然气-空气混合气反射到歧管入口并造成各缸混合气分配不均匀是完全可能的;即使较长的进气歧管时,由于发火顺序不同,各缸间的进气干涉程度也不一样,这将引起各缸实际的进气充量发生变化。

基于临床数据与循环系统模型融合技术的心血管功能评估中的误差分析

识别影响患者个体化心血管功能评估(基于临床数据与循环系统模型的融合技术)精度的关键因子,并量化分析各因子的影响程度,为评估方法的临床应用提供理论支持。通过参数敏感度分析并结合子集选择方法,识别与血流动力学计算和主要模型参数(与心血管功能的评估目标对应)评估相关的次主要模型参数。利用虚拟临床数据开展数值实验,分析临床数据测量误差(误差区间5%)和次主要参数变动(变动率30%)对主要模型参数评估结果的影响。临床数据的测量误差引起评估结果的显著变化(最大变化率达到16.6%),相对地,次主要参数变动造成的评估误差较小(在10%以内)。临床数据的精确采集是确保评估结果可靠的关键环节;次主要参数虽然在患者间存在实际的个体差异性,但对其进行固定处理对评估结果的影响较小。

基于上臂袖带振荡波估测动脉僵硬度的理论方法及临床实验

目的检验一款动脉脉波检测仪(PASESA AVE-1500)利用上臂袖带振荡波估测中心动脉僵硬度的有效性并分析其影响因素。方法构建循环系统—上臂袖带的耦合模型,模拟动脉脉波检测仪的测量过程,研究利用袖带振荡波特征估测中心动脉僵硬度的方法,并通过数值实验评估心血管参数对估测精度的影响;进一步使用该动脉脉波检测仪开展临床实验(238例),验证测量指标的有效性。结果基于计算模型的理论研究发现,袖带振荡波微分波形中的第二谷值与第一峰值之比(|V2|/|P1|)与中心动脉僵硬度正相关,同时,|V2|/|P1|随着心脏收缩功能的减弱而增大,而受外周血管总阻抗和肱动脉僵硬度的影响相对较小。临床研究发现,动脉波速指数(AVI)的测量值在心血管疾病患者组与健康受试者组间有显著差异性(P<0.0001),与肱—踝脉搏波传导速度(ba PWV)的组间差异趋势一致(P<0.0001),且AVI与ba PWV(r=0.656,P<0.0001,n=238)和年龄(r=0.525,P<0.0001,n=170)均呈显著的正相关关系。结论通过分析上臂袖带振荡波的波形特征,能够得到反映中心动脉壁力学特性的指标,从而实现对中心动脉僵硬度的无创、快速检测。

低密度脂蛋白在颈动脉中输运与沉积的数值模拟及其影响因素

目的研究低密度脂蛋白(low-density lipoproteins,LDL)在颈动脉中的输运和壁面沉积规律,分析其与血流动力学、形态学参数的关联性,为基于LDL壁面沉积特征及其关联因素评估颈动脉粥样硬化风险和易感位置提供理论参考。方法基于医学图像对6名健康志愿者的颈动脉构建个性化模型,数值模拟LDL在脉动流条件下的输运及其在血管壁的沉积过程,并量化分析LDL壁面沉积浓度、浓度极化区域面积等与血流速度和颈动脉形态学参数的关联性。结果 LDL沉积常出现在靠近颈总动脉远端的颈动脉窦部,其沉积程度和分布特征存在明显的个体差异。沉积程度主要由流速决定,流速越小,LDL壁面沉积程度越高,相应的浓度极化区域面积越大;而沉积的空间分布主要受几何形态特别是分叉偏心率的影响,依分叉偏心率可呈环状分布和单侧分布两种典型的形式。结论颈动脉血流速度和形态学特征是分别决定LDL沉积程度和分布特征的主要因素,对其进行个性化测量有助于识别颈动脉粥样硬化高风险个体及易感区域。

不同体姿下髂外动脉血流动力学和物质输运的数值模拟研究

目的尽管久坐被广泛认为是外周血管疾病的风险因子之一,其潜在的生物力学机制尚不清楚。利用计算模型结合临床数据阐明久坐对与动脉粥样硬化密切相关的壁面剪应力(WSS)、低密度脂蛋白(LDL)极化和局部缺氧(hypoxia)的影响。方法基于医学影像和实测的血流速度信息,对5位健康志愿者在久坐和平躺状态下的髂外动脉进行建模和开展数值模拟,量化评价血流动力学和物质输运参数,并统计分析上述参数在两种体姿下的差异及关联因素。

基于镜像脑中动脉瘤形态学和血流动力学分析的动脉瘤破裂机理研究

目的在同一个患者左右脑中动脉部存在的破裂、未破裂动脉瘤(亦称为镜像动脉瘤)可在动脉瘤的破裂机理研究中构成有效的对比对象。针对小批量镜像脑中动脉瘤开展形态学和血流动力学分析,探寻可评估动脉瘤破裂风险的参数。方法基于CTA图像构建26例镜像脑中动脉瘤的几何模型,并对各动脉瘤进行形态学参数测量。

脾切除术后门静脉系统血栓发生风险的计算血流动力学研究

目的脾切除术后门静脉系统血栓(PS-PVST)的发生风险与术前相比有显著升高。门静脉系统(PVS)内的血流动力学环境改变被认为是重要的影响因素,但其具体影响机制尚不明确。利用计算模型量化分析PVS中与静脉血栓形成相关的血流动力学指标,研究其与PS-PVST的关系,并探讨PVS的解剖结构和形态对上述指标的影响。方法基于临床实测影像数据和超声流速数据构建三例患者的个性化模型,计算脾切除术后PVS中低壁面剪应力区域的分布及面积占比。

心律失常对心肌灌注的影响

目的心律失常和冠心病作为两类重要的心血管疾病,其单独发病或两者组合引发心脏不良事件的重要指征是心肌缺血,但现有临床检测手段仍无法精确量化评估不同病理条件下的心肌灌注状态。重点关注心律失常、冠心病或两者合并存在时的心肌灌注状态,从而为患者个性化心肌缺血风险评估提供理论依据。方法(1)以8名潜航员深海实潜心电信号以及文献报道数据为依据,确定不同心律失常模式(心动过速、心动过缓和心律不齐)的心率变化范围。

基于袖带振荡波波形重构估测中心动脉血压的生物力学数值仿真与临床实验研究

目的中心动脉血压相比外周血压对未来心血管事件、靶器官损伤具有更高的预测价值,但现有中心动脉血压无创测量技术仍存在测量结果可交换性差、测量精度个性化差异大等问题。利用生物力学模型结合临床试验,测试并优化一种基于袖带振荡波波形重构来估测中心动脉血压的方法。

心肌细胞电-力耦合及反馈过程的数值模拟

本文针对心肌细胞电-力耦合和力电反馈现象建立计算模型,为心肌细胞电生理力学测试提供定量分析工具。该模型由离子、肌节和细胞3个尺度的子模型构成。在离子尺度,采用Kyoto-TNNP耦合模型,可定量再现胞内离子浓度以及跨膜电流;在肌节尺度,采用以钙离子浓度为自变量的NL横桥模型和指数参数模型,分别表征主动力与被动力;在细胞尺度,模型中的前后负荷主要由生理状态下的初始应力与恒定外力来表征。将3个尺度的模型耦合。