主动脉瓣倾斜角度血流动力学的PIV实验研究

瓣叶血栓是主动脉瓣置换术后典型的继发性瓣膜疾病,血流动力学特征异常在其发展过程中至关重要.本文利用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)系统,实验研究了主动脉瓣开口纵向轴线与升主动脉纵向轴线之间倾斜角度(α=0°,α=5°,α=10°和α=15°)对速度、涡度和黏性剪应力分布等血流动力学特性的影响.研究结果表明:当α=0°时,主动脉根部跨瓣血液流动为中心对称流动,而α=5°,α=10°和α=15°时跨瓣血液流动向升主动脉的左冠状动脉一侧倾斜.随着倾斜角度增大,跨瓣血液流动方向倾斜程度增加,血液流动冲击升主动脉壁,损伤内皮细胞导致血栓形成.主动脉瓣倾斜时主动脉窦血液流动速度增大,涡旋也更向主动脉窦底部运动,不利于血液从冠状动脉口流出向心肌供血.同时,主动脉根部的高涡度和高黏性剪应力区域也向升主动脉的左冠状动脉一侧倾斜,主动脉窦的高涡度区域位于主动脉窦底部、高黏性剪应力区域分布于主动脉窦壁面处.主动脉瓣存在倾斜角度时,涡度和黏性剪应力较大,特别是α=10°和α=15°,为血栓形成提供了有利环境.研究结果可为临床主动脉瓣置换术参数选择以及继发性瓣膜疾病的避免提供理论依据和技术参考.

不同心排出量下主动脉瓣血流动力学的PIV实验研究

主动脉瓣发生病变时导致心排出量(cardiac output,CO)减少,而心排出量减少与主动脉瓣血流动力学耦合作用,引发瓣膜继发性疾病.本文基于医学影像数据三维重构带有冠状动脉的主动脉根部,制备高度光滑和透明的主动脉根部实验模型,构建体外脉动循环模拟系统,利用粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)研究冠状动脉存在时心排出量对主动脉瓣速度分布、黏性剪应力(viscous shear stress,VSS)和雷诺剪应力(Reynolds shear stress,RSS)等血流动力学的影响.研究结果表明:冠状动脉的存在改变了主动脉窦中的涡旋运动和涡度,冠状动脉存在时流体经由冠状动脉流出,主动脉窦中的涡旋运动逐渐消失,涡度较早开始减小.峰值期,中心对称流动两侧区域存在正、负高黏性剪切区域,存在冠状动脉一侧的升主动脉下游存在高雷诺剪应力区域.心排出量显著影响主动脉瓣的速度分布、VSS和RSS等血液流动和受力状况.随着心排出量增大,冠状动脉存在时峰值期的最大速度、VSS和RSS增大,即CO=2.1,2.8,3.5和4.2 L/min时,最大速度分别为0.98,1.13,1.21和1.37 m/s,最大VSS分别为0.87,0.95,0.96和1.02 N/m2,最大RSS分别为103.76,116.25,138.68和146.55 N/m2.心排出量较低时,主动脉瓣较低的跨瓣流动速度和黏性剪应力易导致血栓形成,研究结果可为主动脉瓣置换术提供理论参考.

高速受电弓风载及流固耦合强度分析

阐述了高速受电弓结构模型及CFD计算模型的关键技术,介绍了对其进行空气动力学和流固耦合静力学分析的过程和方法.计算发现在加速风情况下受电弓风压与风速加速度之间的线性关系.基于流固耦合分析,获得了受电弓工作状态下的应力分布,其中受电弓下臂杆横、纵梁交界处应力最大,从而为受电弓强度设计提供了依据.

基于高性能计算机群的微型多点外啮合齿轮油泵流场仿真

提出了基于高性能计算机群,对于微型多点外啮合齿轮油泵三维流场的分析方法.通过fluent计算流体力学软件,使用高性能计算机群解决了算例中大规模网格和非定常流动问题,较好的模拟了微型多点外啮合齿轮油泵的三维流场.为外啮合齿轮油泵的计算仿真提供了解决方案.

基于3D打印技术的急性A型主动脉夹层根部模型重建

目的探讨基于3D打印技术建立急性A型主动脉夹层根部模型对主动脉根部病变诊治的临床意义。方法根据急性A型主动脉夹层累及主动脉根部的病理解剖情况进行系统分类,归纳总结出7种急性A型主动脉夹层根部模型分型,依次将各分型的256CT增强扫描主动脉断层影像数据导入3D slicer软件进行图像优化、分割及三维重建,经过FreeCAD软件的简化、Blender软件的细节调整及上色预览等步骤,完成7种模型的三维数据重建,最后通过Stratasys Objet J750打印机进行3D模型打印。结果通过3D打印技术成功重建出7种急性A型主动脉夹层根部模型。模型具有可重复使用、辨识度高、耐久等特点,能够清晰、多维角度展现急性A型主动脉夹层累及主动脉根部的解剖特点及病理改变。结论3D打印技术可有效重建急性A型主动脉夹层根部模型,为急性A型主动脉夹层根部处理策略及方法提供有力支持。