*研究快报* 通过Bergman环化聚合反应合成侧链含有苯丙氨酸的手性聚合物

以直径为140 mm水力旋流器作为研究对象,采用计算流体力学（CFD）技术对旋流器内部流场进行数值模拟,并对所建立的模型进行激光粒子图像测速（PIV）实验验证。基于数值模拟和实验结果,分析了旋流器内部压力、切向速度、轴向速度和径向速度的分布。利用PIV技术对旋流器内部流场进行测量,考察了不同入口速度下旋流器圆柱段区域瞬态速度场。通过对比数值计算与测试结果表明：CFD模拟可以有效预测水力旋流器内部流场分布,帮助探索旋流器内的流动状态和分离机理;利用PIV技术测量旋流器内部流动特性和速度分布,其测量结果与CFD计算结果吻合良好,验证了数值模型的准确性。     

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Simplant 10.0建立完整的鼻气道三维模型,利用Gambit 2.3.16网格划分后,用Fluent 6.3.2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30 mm内两者的拟合度高,在距前鼻孔50 mm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。     

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Simplant 10.0建立完整的鼻气道三维模型,利用Gambit 2.3.16网格划分后,用Fluent 6.3.2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30 mm内两者的拟合度高,在距前鼻孔50 mm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.     

主动脉弓计算流体力学模型的建立与应用

目的基于MRI断层资料建立主动脉弓计算流体力学模型,模拟真实血流条件下的血流运动。方法对志愿者主动脉弓行MRI扫描,通过Mimics 14.1交互式图像控制系统建立主动脉弓的三维模型,利用RapidForm XOR3软件对主动脉弓三维模型实体化,然后利用ANSYS Fluent对实体模型进行网格划分,最后模拟真实条件下的主动脉弓内部血液的流体力学特征。结果流体力学模型精确地反映了主动脉弓的形态,并获得了主动脉弓内部的流场数据。结论计算流体动力学模型可为科研的、合理的数字化主动脉弓疾病研究提供一个虚拟的执行平台,计算流体力学分析方法可以为主动脉弓疾病的诊断提供一种临床预警辅助诊断手段。     

电除尘器烟道内气流分布的数值模拟

运用计算流体动力学(CFD)对电除尘器烟道内的气流分布进行数值模拟计算。在中试模型试验的基础上,分别采用Gambit、ICEM CFD软件进行网格划分以及CFX、Fluent求解器进行数值求解。模拟结果表明：无论有无导向板,数值模拟计算结果都与工厂试验结果吻合较好,其计算结果可用于指导试验模型以及电厂实际装置中导向板的调整,从而达到烟道内气流分布均匀的效果。     

鼻腔气流运动的个体化测量

目的初步将鼻腔空气动力学应用于临床,数值模拟上呼吸道气流场,个体化测量气流运动参数。方法应用计算机断层扫描对10例正常鼻腔受试者进行鼻窦轴位扫描;同时测量鼻功能,得到鼻阻力值和鼻声反射曲线。将得到的上呼吸道连续断层图像顺序导入Mimics、Icem-cfd、Fluent、Cfd-post软件进行三维建模、有限元网格划分、瞬态计算、结果分析。从三方面验证数值模拟的合理性:①利用鼻声反射数据检验模型是否真实;②由鼻阻力仪得到气流速率值,设置数值模拟的瞬态边界条件;③用数值模拟得到的气流压力值计算鼻阻力,对比计算得到的鼻阻力值和实际测量得到的鼻阻力值。结果模型形态数据和鼻声反射数据有很好的吻合;数值模拟计算得到的鼻阻力值和实际测量鼻阻力值,2者比较差异无统计学意义。数值模拟可以得到呼吸周期中气体流场在整个上呼吸道的运动情况。结论所建模型可以真实反映鼻腔的实际解剖结构形态,数值模拟结果可靠,可以对上呼吸道气流进行个体化实时测量。     

应用CFD消除气流脉动

采用计算流体力学(CFD)技术研究气流脉动,对新气流脉动消减装置内气流流场进行分析,得到了压力的分布规律、切向速度的减小趋势以及气流脉动曲线,并对新的消减脉动装置进行了优化设计。模拟计算结果揭示了装置内部气流流动的基本特征和变化的基本规律,阐明了该装置消除气流脉动的主要机理。     

基于MRI的人体指骨间关节三维有限元模型的建立及生物力学分析

目的利用人指骨间关节的磁共振成像（MRI）数据,建立正常人指骨间关节三维非线性有限元模型,并对指骨间关节的生物力学变化进行初步探讨。方法利用MRI对健康男性左手扫描,分别得到横切面与纵切面的层厚为1.5mm的不间断连续横断位与矢状位MRI图像。将图像导出并刻录存盘为DICOM格式文件。并利用Mimics10.0软件,建立基于MRI图像数据的指骨间关节三维模型。然后使用Geomagic Studio8软件对模型进一步处理,包括光顺与打磨,存成IGES格式的三维几何模型。最后将模型导入ANSYS11.0软件进行网格划分和力学分析。结果本文基于医学图像建立了与解剖结构非常接近的手指骨间关节三维有限元模型,分析了指骨间关节的受力情况,并对各种数据进行初步研究,为进一步指骨间关节的研究奠定基础。结论①根据MRI图像数据建立的三维模型,比CT扫描数据建立的模型更接近于真实解剖结构;②根据MRI图像建立的三维有限元模型为静力模型,能很好地分析指骨间关节的应力情况;③为进一步进行指骨间关节生物力学分析提供了方法与平台。     

基于MRI的人体指骨间关节三维有限元模型的建立及生物力学分析

目的 利用人指骨间关节的磁共振成像(MRI)数据,建立正常人指骨间关节三维非线性有限元模型,并对指骨间关节的生物力学变化进行初步探讨.方法 利用MRI对健康男性左手扫描,分别得到横切面与纵切面的层厚为1.5mm的不间断连续横断位与矢状位MRI图像.将图像导出并刻录存盘为DICOM格式文件.并利用Mimics 10.0软件,建立基于MRI图像数据的指骨间关节三维模型.然后使用Geomxgic Studio 8软件对模型进一步处理,包括光顺与打磨,存成IGES格式的三维几何模型.最后将模型导入ANSYS11.0软件进行网格划分和力学分析.结果 本文基于医学图像建立了与解剖结构非常接近的手指骨间关节三维有限元模型,分析了指骨间关节的受力情况,并对各种数据进行初步研究,为进一步指骨间关节的研究奠定基础.结论 ①根据MRl图像数据建立的三维模型,比CT扫描数据建立的模型更接近于真实解剖结构;②根据MRI图像建立的三维有限元模型为静力模型,能很好地分析指骨间关节的应力情况;③为进一步进行指骨间关节生物力学分析提供了方法 与平台.     

基于CT和MRI数据建立人脊柱腰段三维有限元模型

目的:本研究旨在利用CT及MRI图像DICOM数据对正常人脊柱腰段主要结构进行三维重建,然后对模型进行网格划分和材料属性设定使其成为有限元模型并验证模型的有效性。方法:选取一健康成年男性志愿者进行CT和MRI扫描采集数据,以DICOM格式存储入可读写光盘。利用Mimics14.0软件依据CT数据重建L1~L5椎骨及骶骨上部的三维模型,依据MRI数据重建L1~L5椎间盘髓核的三维模型。将所建模型导入Geomagic12.0软件中对位组装,并生成椎间盘模型和韧带模型。将所有模型导回Mimics14.0中组装并自动划分面网格和体网格。将模型导入Ansys13.0中设定材料属性,重划网格,设置接触关系,对第五腰椎椎体和下关节突关节面进行约束。在Ansys13.0中对模型的L4~L5节段分级加力验证模型有效性。结果:建立了人脊柱腰段的三维模型及有限元模型,包含L1~L5的椎骨、5个椎间盘、骶骨上端、前纵韧带、后纵韧带等重要结构。该模型与脊柱标本相比具有较高相似性且可以进行有限元力学分析。结论:基于CT、MRI图像DICOM数据通过Mimics14.0、Geomagic12.0和Ansys13.0软件可以重建出人体脊柱腰段的椎骨、椎间盘等结构的三维模型和有限元模型。三维模型解剖结构相符度高,有限元模型准确有效,可以用于有限元分析。     

顶端动脉瘤的血流动力学数值模拟切应力分析

目的:探讨顶端动脉瘤的血流动力学特点,分析动脉瘤的生长、破裂的可能机制。方法:采用计算流体力学（CFD）软件结合顶端动脉瘤的医学影像,对动脉瘤内血液流动数值模拟切应力进行分析。 结果:0~0.22 T时,血管内血流速度急剧上升到最大值;0.22~0.55 T时,从最大值急剧下降到初始值。切应力随血流速度变化,在0.22 T时动脉瘤颈部切应力值最大,0.55 T时最小,而在这两时刻,动脉瘤壁不存在切应力。 结论:切应力由血流冲击造成,其大小与血流速度变化一致。CFD数值模拟是一种反映动脉瘤血流动力学较好的方法,为动脉瘤的病理生理机制和临床治疗提供较好的帮助。     

局部狭窄血管远心端流场数值模拟和PIV测定

目的观察局部狭窄远心端的流场分布,以便探讨动脉粥样硬化好发区的流场特征。方法数值模拟局部狭窄远心端流场以及剪切应力的分布,粒子图象速度场仪(PIV)测定局部狭窄远心端流场分布。结果数值模拟结果表明局部狭窄远心端流场紊乱,有明显的涡流和二次流形成,并且形成局部的低剪切应力区域,PIV测定的结果证实局部狭窄远心端流场紊乱。结论局部狭窄远心端的流场分布及其特征有利于动脉粥样硬化病变的形成和发展。     

基于计算流体力学技术的胸主动脉瘤血流动力学研究

目的 探讨基于计算流体力学技术的个体化胸主动脉瘤的血流动力学模型在胸主动脉瘤生长、破裂机制研究中的作用.方法 用Mimics软件读取患者CT血管造影医学数字成像和通讯标准(DICOM)数据,重建三维个体化胸主动脉瘤模型,假设动脉血流为层流、不可压缩、牛顿流体,入口血液流速随时间周期性变化,应用有限体积法FLUENT软件进行非定常血流数值模拟,分析与动脉瘤生长、破裂相关的血流动力学参数.结果 数值结果得到胸主动脉瘤在心动周期不同时刻的血流速度及壁切应力分布.收缩期近端瘤颈的血流速度显著高于扩张的动脉瘤体的血流速度,射血进入动脉瘤,冲击动脉瘤体近端的外侧壁.动脉瘤内的射血峰值瞬时流线显示血流冲击动脉瘤壁,瘤体内观察到呈右手螺旋的涡流.高切应力分布于近、远端瘤颈以及血流直接冲击动脉瘤壁的位置,瘤体呈大范围的的低切应力分布.结论 重建的个体化胸主动脉瘤模型,用于血流动力学数值模拟研究,可分析胸主动脉瘤生长、破裂机制.     

基于CTA影像数据的个体化颅内动脉瘤的流固耦合力学模型

目的建立基于CTA影像数据的个体化颅内动脉瘤的流固耦合力学模型。方法用MIMICS软件读取1例患者颅内动脉瘤
影像CTA影像DICOM数据,进行三维实体重建。应用ANSYS+CFX软件进行流固耦合模型的数值仿真。分析了模型的敏感
性,并与刚性模型进行了比较。结果建立了个体化颅内动脉瘤血流动力学流固耦合模型,直观地模拟动脉瘤壁剪切力以及瘤壁
变形的变化过程,可以输出压力、剪切力、范-米斯氏应力和壁变形程度等结果。小杨氏模量可以导致壁较大的变形,壁厚则变形
程度小。与刚性模型比较,相对于壁剪切力和血流速度,压力变化不大。结论流固耦合模型比刚性模型更接近真实情况,模拟
的结果有利于进行动脉瘤发生、生长及破裂的研究。
     

支架置入前后颅内动脉瘤血流动力学的数值模拟

目的：探讨支架植入对大脑中动脉(MCA)分叉处动脉瘤的血流动力学影响,以及支架对血流动力学因素特别是壁面切应力(WSS)的影响。方法：结合临床影像,基于计算流体力学(CFD)数值模拟方法,采用ANSYS流体力学软件,对单支架治疗1例MCA分叉处动脉瘤行术前、随访时血流动力学数值模拟分析,比较血液流线和WSS在2种情况下...     

半封闭冲击射流对移动平板流动特性的影响

采用雷诺应力湍流模型和Simplic算法对半封闭湍流狭缝射流冲击移动平板进行了数值分析,得到了不同射角和平板速度下的流场结构、湍流强度和平板面剪切应力分布曲线。结果表明,减小射流倾角和提高平板速度都会导致流场结构和湍流强度相对射流中心线呈现非对称性,且在流场一侧形成二次回流区。当平板速度提高到入口射流速度的2倍时,平板近壁处的湍流强度和平板表面的剪切应力系数显著提高。     

冠状动脉局部血流动力学参数分析及斑块预警研究

目的探讨应用计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）技术构建个体化正常人冠状动脉血流动力学模型的方法,探索冠脉局部血流动力学参数分布情况及各参数与冠状动脉粥样硬化病变的关系。方法以CT图像为基础进行冠状动脉三维几何建模,构建个体化冠状动脉血流动力学模型,对正常人体左冠状动脉前降支局部进行数值模拟,应用有限体积法进行血流数值模拟。结果获得个体化正常左冠状动脉前降支血管树模型及血流动力学参数,数值模拟结果包括冠状动脉的血液流场、壁面压力（wall pressure,WP）、壁面切应力（wall shear stress,WSS）分布,可见各参数呈不规则分布,在血管弯曲分叉部位靠近管壁处血流明显减速、血管发出分支区域出现高WP、WSS分布,而这些区域的对侧血管壁对应不均匀的低WP、WSS分布。结论以CT图像为基础的数值模拟技术可以重建个体化冠状动脉血流动力学模型,为分析血流动力学参数与冠状动脉粥样硬化形成的关系提供研究手段。     

不同栓塞程度对颅内动脉瘤介入治疗后囊内血流动力学影响的数值模拟研究

目的　研究不同栓塞状态下动脉瘤内血流动力学变化,为血管内治疗策略的制定提供理论依据。方法　基于脑动脉瘤血管造影的三维血管成像,在不同栓塞状态下,重建动脉瘤的三维模型,采用ANSYS CFX软件包进行分析血流速度、壁面切应力、压力分布和流场情况。结果　与治疗前比较,动脉瘤顶端部分栓塞后使瘤体明显缩小,瘤顶低WSS区域减小,瘤体内涡流减少但流速无变化,同时造成瘤顶部平均WSS增大为2.13Pa;而继续栓塞后,使动脉瘤整体壁面切应力显著下降,残留瘤颈远端流速明显降低;无论栓塞与否,动脉瘤流入道血管壁的壁面压力均无明显变化。 结论　颅内动脉瘤囊内血流动力学变化受弹簧圈栓塞程度和及其在瘤体内分布的影响。     

PIV和CFD在搅拌桨设计和优化中的应用

综述了激光粒子图像速度场仪(PIV)和计算流体力学(CFD)技术在搅拌桨设计和优化中的应用,阐述了PIV的实验测量基本原理及从平面PIV向三维PIV的发展趋势。目前,CFD数值模拟方法主要集中在雷诺平均方法(RANS)和大涡模拟方法(LES),而直接数值模拟方法由于物性模型精度以及计算量等原因尚难以工程化直接应用。通过CFD数值模拟方法和PIV实验方法验证,探究搅拌槽式反应器中速度场、剪切场、湍流动能耗散速率场等微观信息,进一步可以得到循环流量、平均剪切速率、搅拌功率、混合时间等宏观信息,这些结果将有助于对搅拌反应器中的流动与混合过程的深入剖析。随着高性能计算技术的发展,CFD数值模拟方法将会得到更大的应用,其与先进的三维PIV技术的耦合,将成为搅拌反应器设计与优化的重要方法。