应用计算机流体力学技术评估症状性颅内动脉狭窄患者卒中复发风险的研究

目的评估基于计算机流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术的无创血流动力学参数与缺血性卒中复发之间的关系。方法连续入组2018年6月-2019年6月在首都医科大学附属北京天坛医院脑血管病中心住院治疗的急性缺血性卒中且经头颅MRI和MRA证实为症状性颅内动脉狭窄的患者。收集患者的临床及影像学检查信息。对患者的MRA原始图像进行后处理分析,建立CFD模型,并通过计算获得责任血管的血流分数、血流速度比和血管壁剪切力比。所有入组患者完成12个月随访,根据随访期内是否有缺血性卒中或TIA复发分为卒中复发组和无卒中复发组,分析各血流动力学参数与12个月内缺血性卒中复发的相关性。结果共入组48例患者,中位年龄58(52~68)岁,其中男性患者36例(75.0%)。责任血管中位狭窄率为60.3%(53.2%~82.0%),狭窄长度为3.3(2.6~4.9)mm。12个月随访缺血性卒中复发10例(20.8%)。卒中复发组责任血管的血流分数低于无卒中复发组[0.74(0.69~0.81)vs.0.90(0.82~0.97),P=0.01]。ROC曲线显示,血流分数预测缺血性卒中复发AUC为0.796(0.669~0.923),截点值为0.815,敏感度为76.3%,特异度为80.0%。结论通过CFD技术模拟计算的血流分数可能是症状性颅内大动脉狭窄患者缺血性卒中复发的预测因子之一。

鼻腔计算机流体力学模拟及与鼻声反射和鼻阻力计相关研究

目的建立计算机流体力学(CFD)模型模拟平静呼吸状态下正常鼻腔形态和鼻腔内部流动,与鼻声反射和鼻阻力计测量进行对照分析。方法对志愿者鼻腔行CT扫描,通过Simplant10.0建立完整的鼻气道三维模型,利用Gambit2.3.16网格划分后,用Fluent6.3.2模拟不同流量下的鼻腔内部流体力学。将经CFD模型提取和计算的鼻腔冠状位截面积和鼻腔压降数据与鼻声反射和鼻阻力计的测量结果进行比较。结果CFD模型鼻腔冠状位面积与鼻声反射测量数据,在距前鼻孔30mm内两者的拟合度高,在距前鼻孔50mm外则后者大于前者。CFD模型计算各流量下鼻腔压降变化与鼻阻力计测量得到的压力-流量分布曲线的变化趋势一致,但压降值前者小于后者。结论CFD模型能精确反映鼻腔形态,准确计算鼻腔内部的流场数据。与以往测量手段相比较,CFD模型能更加直观且详细地表现鼻腔内部流体力学。

计算机流体力学分析技术在农业工程中的应用现状——评《计算机模拟技术及其在农业工程中的应用》

计算机于1946年问世,被广泛应用于各个领域,如国防军事、社会经济等;近年来,随着自动化及信息化的发展,计算机逐渐渗透到生活的方方面面;经文献查阅发现,上世纪中期美国曾尝试在农业领域中应用计算机技术,历经数十年的研究发展,在农业各领域中,如作物生产、农业机械等方面,取得了较为理想的效果,对进一步促进农业现代化发展具有积极作用;尤其是计算机流体力学分析技术,依照字面意思分析,流体是一种不能抵抗剪切力,且在剪切力的作用下发生无限变形的物质,而作用在该物质上的力可分为两种类型,分别为表面力与质量力,利用计算机技术进行数值模拟,即分析流体力学中的各种问题,以往仅通过理论及实验等方法得出结论,而随着计算机技术的日益发展,可完全依靠或部分依靠数值模拟的方法解决以上问题;在此背景下,由陈树人、毛罕平、贾卫东、李青林、尹建军编写的《计算机模拟技术及其在农业工程中的应用》(江苏大学出版社,2011年7月版)准确把握了当前计算机流体力学分析技术在农业工程中的发展趋势,作者以研究者的身份,对于如何运用计算机模拟技术进行了深入探索.

明导国际桥接1D和3D计算机流体力学分析

明达国际似乎正通过其最近在计算机流体力学（CFD）仿真工具系列产品的改善向人们传递两个信息：在设计周期的初期不同系统分析一贯的重要性，以及在从1D到3D的分析方面，CAD通过一种人们可以理解的方式，能直接满足CFD的所有需求。

计算机流体力学在模拟下鼻甲手术中的应用

目的:建立模拟两种下鼻甲切除术式的计算机流体力学即CFD模型,分析其对鼻腔流体力学的影响。方法:建立单侧下鼻甲肥大鼻腔的CFD模型A,在此基础上模拟下鼻甲切除术分别建立B、C两种术后模型,运用流体分析软件Fluent6.3.26计算三种模型的鼻腔全流场数据。结果:B模型患侧鼻腔面积较原始模型平均面积增大0.36cm2,C模型增大0.89cm2;B模型患侧鼻腔的压降差(约8Pa)与原始模型相比无太大改变,C模型压降差明显降低(约3Pa)。B模型患侧鼻腔流量无明显增加,C模型总鼻道下方及下鼻道流量为80ml/s,约为原始模型的8倍。B模型在吸气相及呼气相气流流速及流动方式与原始模型无明显改变,C模型在鼻瓣区流速明显增加,达到1.04m/s,并且涡流的产生与正常鼻腔趋于一致。结论:模型C在恢复鼻腔的正常解剖形态及正常通气生理方面都明显优于模型B。在下鼻甲手术中,恢复鼻腔的正常解剖结构对于鼻腔疾病的治疗具有决定性的意义。

计算机流体力学在治疗鼻腔及鼻窦疾病中的研究进展

鼻腔和鼻窦是人体呼吸系统的重要门户及通道,利用计算机流体力学能更好地评估鼻腔的气流流场特点并分析其病理生理特点。本文就计算机流体力学在鼻腔及鼻窦疾病治疗中的研究进展作一综述,包括外科手术治疗、鼻腔给药及鼻腔冲洗。

一种基于新型计算机流体力学算法的血流储备分数在诊断缺血特异性冠状动脉疾病中的应用

基于冠状动脉计算机断层血管造影(CTA)的血流储备分数(CT-FFR)是一种评估冠状动脉疾病(CAD)生理意义的新技术。CT-FFR是一种强大的无创诊断工具,在评估心肌缺血、指导治疗策略以及提供预后信息方面都具有显著的潜力。其中HeartFlow的CT-FFR算法(美国,HeartFlow公司)已经在3个多中心临床试验中得到验证。然而,HeartFlow的CT-FFR算法需要使用非现场的超级计算机进行计算。

计算流体力学在制冷空调中的应用研究

计算流体力学属于现代模拟仿真技术,研究专员利用计算机来模拟仿真实际的流体流动,通过虚拟的实验情况来得出相应理论,并将理论运用于实际的工程领域中。暖通空调CFD技术就是基于计算流体力学而发展的一种技术,该技术在暖通空调的实际工程领域中得到了广泛的应用,在此基础上激发了研究专员对制冷空调工程领域的探索,提出了基于计算流体力学在制冷空调中的应用研究。在此,本文将从暖通空调CFD技术出发,探究CFD技术在制冷空调中的应用。

基于计算流体力学软件的汽车风洞流场及其边界层控制的研究

本文叙述了以计算流体力学软件PHOENICS为工具,以同济大学TJ-2号汽车模型风洞为原型在计算机中建立虚拟风洞以及边界层控制装置,进行流体力学仿真计算,分析了采用控制装置后边界层的变化。为汽车风洞及相关设备的开发提出了一种省时、经济、直观的方法。

小下颌畸形患者上气道流体力学模型的构建及初步分析

目的:建立小下颌畸形患者上气道流体力学模型,探讨小下颌畸形患者正颌术前后上气道气流的动力学变化。方法:选取1例符合纳入标准的小下颌畸形患者正颌术前后上气道CT片,导入三维重建软件Mimics10.01中,建立上呼吸道三维模型,通过ANSYS ICEM CFD14.0对三维模型进行网格划分后,用ANSYS 14.0-Fluid Dynamics对上呼吸道内部流场进行数值模拟,采用Tecplot对模拟结果进行后处理,计算分析后获得上气道气流场相关信息。结果:成功构建出小下颌畸形患者正颌术前后上气道流体力学模型,患者手术后气道体积由37.284 cm3增大到44.498 cm3;上呼吸道最狭窄区域位于腭咽下界,手术后此区面积由1.135 cm2增大到2.297 cm2;最小压力由101 308 Pa降至101 272 Pa;最大流速从3.476 m/s增大到4.978 m/s。结论:小下颌畸形患者经过正颌手术后,不仅能有效矫治牙颌面畸形,同时可扩张上气道,降低上气道气流阻力,从而保持上气道气流通畅。

颅内动脉瘤壁切应力与动脉瘤破裂关系的初步研究——基于患者的三维计算机模拟

目的通过比较颅内无症状动脉瘤和症状动脉瘤的血流动力学参数,寻找与动脉瘤破裂有关的血流动力学因素。方法5例患者DSA检查共发现8个颈内动脉动脉瘤,分别位于颈内动脉后交通段及颈眼动脉段。通过旋转DSA,重建动脉瘤三维模型,并使用有限体积法进行血流动力学数值模拟,比较不同组动脉瘤及载瘤动脉的血流动力学参数。两组数据对比时采用独立样本t检验,瘤颈与载瘤动脉比较使用配对t检验。结果无症状组和症状组动脉瘤瘤颈部平均切应力分别为(5.54±2.89)Pa和(4.78±3.84)Pa,两组间差异无统计学意义(P=0.78);动脉瘤临近载瘤动脉平均切应力分别为(6.6±3.47)Pa和(7.30±3.80)Pa,两组间差异无统计学意义(P=0.80);动脉瘤低切应力区域的大小分别为0.33%和4.72%,两组间差异有统计学意义(P=0.01)。结论动脉瘤壁低切应力区域的大小可能是影响颅内囊状动脉瘤破裂的因素之一。

计算机仿真在冶金中的应用

介绍了仿真技术概况及应用,三维空间计算机辅助设计技术,计算机流体力学(CFD),计算机辅助工程(CAE),铜闪速冶金NCC技术的概况。

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者上气道流体动力学模型的建立

背景:对阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者上呼吸道内气体流动情况进行分析有助于进一步了解上呼吸道解剖结构与功能间的相互关系,从而认识阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的发病机制。目的:建立阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者上气道三维形态及流体动力学模型,为研究阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者上气道气流动力学特征,探讨其发病机制奠定基础。方法:对1名男性中度阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者的上气道行CT扫描,将以DICOM格式存储的扫描数据导入Mimics 10.01软件中进行处理,得到上气道三维模型。通过ANSYS ICEM CFD14.0对三维模型进行网格划分后,用ANSYS 14.0-Fluid Dynamics对上呼吸道内部流场进行数值模拟,获得上气道气流场相关信息。结果与结论:建立了完整的上气道三维形态及流体动力学模型,共得到上气道网格数为1 751 940个单元,节点数为303 981个节点,上呼吸道内最大流速为11.087 m/s位于咽腔狭窄区域腭咽下界处。上气道流体动力学模型符合人体的生物力学特点,为以后进一步研究阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者上呼吸道气流动力学特征奠定了基础。

基于血流动力学探究计算机有限元仿真胸主动脉腔内修复术的有效性及预测价值

目的探究计算机仿真胸主动脉腔内修复术(thoracic endovascular aortic repair,TEVAR)的有效性及预测价值。方法收集2019年2月—2022年2月郑州大学第二附属医院接受TEVAR的Stanford B型主动脉夹层患者,根据TEVAR术后1周左右患者支架周围残留假腔与否将患者分为假腔闭合组、假腔残留组。基于计算机仿真分别对支架骨架、覆膜进行个性化设计和三维构建,将支架骨架和覆膜装配完成后进行压握,置入重建的主动脉夹层模型中,进行TEVAR的计算机仿真,将仿真结果进行血流动力学分析,获取心室收缩期流速峰值时假腔出口层面的最大血流速度和最大管壁剪切应力。并与患者TEVAR术后血流动力学数据进行对比。进一步基于计算机仿真TEVAR术后的血流动力学数据,探究血流动力学对术后近期支架周围假腔残留的影响。结果纳入患者28例,其中男24例、女4例,年龄(53.390±11.020)岁。假腔闭合组18例,假腔残留组10例。计算机仿真TEVAR术后的假腔远端减压口剪切应力误差率为6%~25%,血液流速误差率为3%~31%。两组患者的年龄,男性、高血压病史、糖尿病史、吸烟史比例,入院时凝血酶原时间,活化部分凝血活酶时间差异均无统计学意义(P均>0.05)。而两组患者远端减压口层面的计算机仿真TEVAR术后的血液流速及剪切应力差异有统计学意义(P均<0.05)。其中仿真TEVAR术后远端减压口层面的假腔最大剪切应力(OR=1.823,P=0.010)是支架周围假腔残留的独立危险因素。受试者工作特征曲线分析表明,仿真TEVAR术后远端减压口层面假腔的最大剪切应力对应的受试者工作特征曲线下面积为0.872,最佳横断值为8.469 Pa,敏感度和特异度分别为90.0%和83.3%。结论计算机能够有效对TEVAR进行仿真,并且可通过仿真在术前进行TEVAR术后的血流动力学分析。其中假腔远端减压口层面的最大剪切应力是支架周围假腔残留的独立危险因素,当其>8.469 Pa时,患者支架周围假腔残留的概率大大增加。

单侧下鼻甲肥大鼻腔气流流体力学分析

目的:建立单侧下鼻甲肥大鼻腔平静呼吸下的计算机流体力学(CFD)模型,观察肥大的下鼻甲对鼻腔解剖结构的影响,比较吸气和呼气状态下双侧鼻腔气流的流体动力学。方法:将单侧下鼻甲肥大性鼻腔志愿者的鼻部CT通过三维重建软件Simplant 10.0及ANSYS ICEM重建得到CFD模型,运用流体分析软件Fluent6.3.26计算获得双鼻总流量为200 ml/s时的鼻腔全流场数据。结果:①下鼻甲肥大侧鼻腔冠状位面积在下鼻甲区域小于正常侧,两者平均差异为1.62 cm2。②平静呼吸时下鼻甲肥大侧鼻腔压降主要产生于下鼻甲区域,占总压降的2/3;呼气及吸气时流量均约为50 ml,相当于正常侧鼻腔流量的1/3;吸气相时下鼻甲肥大侧鼻腔气流平均流速在鼻瓣区为0.57 m/s,小于正常侧的1.83 m/s;下鼻甲肥大侧鼻腔气流的涡流形成少于健侧。结论:肥大的下鼻甲改变了鼻腔正常解剖结构,影响了患侧鼻腔的气流流动状态,对患侧鼻腔的通气、温度调节及嗅觉功能造成影响。

多重网格法及其在回流流动计算中的应用

结合多重网格方法 ,采用同位网格体系的有限体积法建立了二维不可压缩流动的k -ε紊流数值模型 ,对流项和扩散项均采用中心差分格式离散 ,流速、压力采用通用的SIMPLE压力校正方法求解 ,代数方程组则利用强隐式方法SIP求解。对空腔流和突扩流两种典型回流流动进行模拟 ,证明了所建立模型的有效性和可信性。

CFD技术在化工机械设计中的应用

机械设计是生产过程中的一个关键环节,通过对机械设计进行优化,可以极大地提高产品的性能。我国正持续加大对化工装备设计的投资力度,并积极采用包括但不局限于计算流体力学的先进设计方法,利用计算流体力学(CFD)技术,有目标地选择不同的化学品,从而提高装备的生产能力。文章对如何将计算流体动力学理论运用于化工装置的设计进行了较为全面的论述,以期对今后的工程设计具有一定的借鉴意义。

船用氨燃料供给系统设计和CFD 仿真

该文基于氨燃料动力的船舶主机需求,展开液氨加压供给和氨捕捉设计。文中设置三段式增压并具有缓冲罐的供给方式,针对燃料罐形式、阶梯加压、消除管路气阻、惰化防爆以及氨排放捕捉等关键点展开分析和仿真计算。仿真结果显示,燃料回流汇入压力在预设区间内,该设计可实现增压增温后稳定供给主机,且有效实现氨排放的捕捉和处理。系统分析表明:采用半冷半压式燃料罐,结合两级泵和缓冲罐,组成三段式增压,具有可行性和稳定性;而采用水雾喷淋结合吸附器可有效捕捉氨和控制氨排放在22.8 mg/m^(3)内。

蔬菜气雾栽培箱不同气流循环方式的流场和温度场CFD模拟

蔬菜气雾栽培箱内的空气流动和温度对箱体内的环境调节及农作物生长具有重要作用,农作物周围空气的均匀性流动能促进农作物的生长速率。为探究蔬菜气雾栽培箱内流场及温度场分布规律,基于计算机流体力学(CFD,computational fluid dynamics)方法,利用FLUENT软件,结合标准湍流模型、有孔介质模型、作物冠层质热交换模型等,建立了蔬菜气雾栽培箱不同气流循环方式下的CFD模型。并对气雾栽培箱内的环境进行优化设计,设计了3种气流循环方案:顶面进侧面出,侧面进顶面出,侧面进侧面出。对送回风口的不同位置布局进行了研究,并对3种气流循环方案进行了数值模拟。模拟结果可知:气流为顶面进侧面出方案中,风速位于生菜生长适宜风速值区域占58.1%,适宜温度值区域占93.6%,通风死角区域占比0.844%;气流为侧面进顶面出方案中,生菜生长适宜风速值区域占59.6%,适宜温度值区域占99.98%,通风死角区域占比0.069%;气流为侧面进侧面出方案中,风速位于生菜生长适宜风速值区域占54.3%,适宜温度值区域占92.4%,通风死角区域占比16.7%。分析对比后得到侧面进顶面出为最佳气流循环方案。并对此进行了试验测试,结果表明:气雾栽培箱内温度、风速模拟值和实测值进行对比,温度平均相对误差为3.9%,均方根误差为0.86℃。风速平均相对误差为3.5%,均方根误差为0.26m/s,模拟值和实测值误差较小,模拟效果良好,验证了CFD模型的准确性。该研究为蔬菜气雾栽培箱内的流场及温度变化规律,内部环境调节,装置优化设计提供了参考依据。

CFD网格应用平台研究

CFD网格应用平台是ChinaGrid5大应用平台之一,它为各种不同的CFD应用提供了网格基础设施。平台采用了两层架构:上层基于WSRF服务,下层基于并行计算。为了无缝整合各种CFD应用,平台定义了一组包括CFD工作流模板和CFD分类码的重要概念,使用了一系列如CGNS数据可视化工具GVisual的关键技术。目前基于ServiceDomain的平台原型系统已经开发完成,性能测试表明CFD应用移植其到平台上后性能获得提高。