滤筒多孔阻力影响旋转过滤流动特性的模拟

为分析旋转过滤技术在高过滤比条件下滤网多孔阻力对流场稳定性及过滤性能的影响,对由非渗透静止外圆筒与多孔旋转内滤筒所构成的Taylor-Couette流动进行数值模拟,该模型经实验结果对比验证,表明:1)适当降低滤筒阻力有助于稳定流场;2)阻力进一步降低将引起沿滤筒过滤速度的轴向分布不均匀,进而诱导流动失稳;3)阻力系数过低将导致涡流来回横穿滤筒.进一步讨论旋转过滤所需的最小阻力系数及有效阻力系数范围,结果发现,进料流量、过滤比及滤筒转速对最小阻力系数都有一定的影响,但临界有效阻力系数随工况基本不变.研究可为高过滤比、低跨膜压降的旋转过滤器设计及应用提供参考.

管道不可压缩流动压力脉动(伪声)的数值研究

以直管和90°弯管为对象,研究管道不可压缩流动的水动力压力脉动(伪声)特性。分析了不可压缩流动中压力脉动的Poisson方程,并与波动方程进行了比较;在管道进口处设置随时间正弦变化的压力脉动,使用SST k-ω湍流模型,通过数值求解不可压缩流动的Navier-Stokes方程得到直管和弯管内的脉动流动;比较分析了直管和弯管内的时均流场及脉动流动。结果表明:沿管道流动方向流场压力脉动线性衰减,压力脉动传播整体上呈一维形式,而速度脉动形式紊乱;90°弯头对局部流动影响明显,导致压力和速度脉动均有提高;流场脉动以基频及低次谐波为主,90°弯头导致宽频脉动分量有所提高;归因于压力脉动的椭圆型Poisson方程,扰动的传播速度为无穷大,管道各处压力脉动信号无相位差。

虹膜膨隆与前后房眼压差关系的有限元分析

目的本文采用数值仿真建模技术定量研究瞳孔阻滞时虹膜在前后房眼压差作用下的变形程度。方法根据虹膜组织的力学特性,建立虹膜变形的有限元分析模型,施加不同前后房眼压差数值计算虹膜变形,分析虹膜面应变、曲率半径以及前房角角度与前后房眼压差之间的关系。结果当前后房眼压差超过50 Pa,虹膜有明显的膨隆;达到150 Pa时,虹膜最大变形量已接近2 mm,且虹膜几乎贴近角膜,严重阻碍房水从前房角排出,容易引发闭角型青光眼。虹膜曲率半径初起随前后房眼压差增加急速减小,高于50Pa后曲率半径减小速度明显降低。虹膜最大变形和面应变与前后房眼压差之间基本呈线性关系。结论研究结果有助于从生物力学角度了解虹膜在前后房眼压差作用下的力学特性,为闭角型青光眼的发病机制、诊断和治疗提供指导。

眼内房水流动的数值研究

研究眼内房水流动有助于认识眼睛疾病(如青光眼)的发生机理.该文利用计算流体力学计算了人眼睫状体分泌的房水由后房流经5μm和30μm虹膜-晶体间隙进入前房,再经小梁网排出这一过程,分析了平视、仰视、俯视不同体位以及不考虑浮力因素的房水流场.结果表明不同情况的房水压力场类似,5μm虹膜-晶体间隙时后房眼压比前房约高30 Pa,而30μm时前后房压力基本相同,小梁网压力下降明显.前后房压差驱动房水从后房流经虹膜间隙到前房,而角膜与虹膜温差引起的自然对流为前房房水的主要流动.前房自然对流引起的压差变化在mPa量级,温度较高房水汇集区域压力稍高.平视时主要为前房虹膜侧房水上升、角膜侧下降的自然对流循环;仰视时瞳孔区房水沿前房中心轴上浮,然后沿角膜向周边下沉,从虹膜周边部位到瞳孔,形成轴对称的对流模式;对于俯视,流动模式与仰视正好相反,前房中心轴上房水从角膜运动到瞳孔处;不考虑浮力作用时,房水的平均速度比自然对流时小1~2个数量级.

后房压力变化对虹膜变形的流固耦合有限元分析

目的:建立房水流动及虹膜变形的数学模型,定量分析因瞳孔阻滞造成前后房压差所引发的闭角型青光眼发病机制。方法:数值模拟研究。研究正常虹膜形状(虹膜-晶状体间隙为30μm)和瞳孔几乎后粘连(虹膜-晶状体间隙为5μm、2μm)下的房水流动及虹膜变形,利用计算流体动力学数值求解房水流动,并基于单向流固耦合技术进行虹膜在流场作用力下变形的有限元分析。结果:30μm的正常虹膜-晶状体间隙前后房的压力几乎相等;对于5μm和2μm的虹膜-晶状体间隙,后房比前房压力分别高31 Pa和815 Pa。利用乘幂函数对前后房压差与虹膜-晶状体间隙之间的关系进行拟合,发现当该间隙小于3μm后,前后房压差将异速增加形成显著虹膜膨隆,导致虹膜表面与角膜接触,引发房角关闭。结论:从生物力学的角度分析虹膜膨隆与房水流动的相互作用特征,能进一步定量揭示原发性闭角型青光眼瞳孔阻滞发病机制。