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人工肝纤维的管型设计及血液流动分析

作　者: 谢义菁
导　师: 汪久根
学　校: 浙江大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 人工肝系统血液流变学血液动力学二次流脉动流
分类号: R318.0
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 25次
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内容摘要

随着生活质量的提高,人们对健康度越来越关注,同时随着时代的进步和科技的发展,医疗手段不断提高,许多以前无法治愈的顽症现在也可以根治。但是一切事物都有其局限性,人口的增长和全球化的进程使一些传染病传播得比以往更为快速,而且病毒的自身变异导致了医疗手段跟不上变异的脚步。其中最为普遍的传染病之一就是肝病,特别在中国,仅乙肝病毒感染者就有1.2亿,说明将近10个人里面就有一个是乙肝病毒感染者。所以在中国对肝病的治疗也越来越迫切。肝移植是很好的治疗手段,但由于能与受体匹配的健康肝极为难找,成功的肝移植病例非常少,所以体外人工肝成了治疗肝病的又一有效手段和主要手段。而现在国内所用的人工肝治疗系统都是国外进口的,人工肝的自主研发和临床试验还有待提高。本文第一章绪论介绍人工肝在治疗肝病中的重要意义,讨论人工肝设计中尚存问题。介绍血液流变学和细胞流变学,以及表现血液非牛顿特性的本构方程的发展状况。最后又介绍血液动力学的研究状况,以及影响血流的因素。第二章针对小管径下血液呈现非牛顿特性,建立两种数学模型,对数值模拟结果进行分析与讨论。第三章建立新的纤维管几何构型,针对该章列出的管径进行数学建模,数值模拟仿真得出结果,与原有的直圆管纤维管对比,重点讨论双重U型管和螺旋管的几何特征对血液流动的影响。第四章在前章的基础上讨论了弯度对U型管和螺旋管中血流情况的影响。第五章单独讨论入口直管对螺旋管中血液流动的影响。第六章在两种非定常流的入口速度条件下,对U型管和螺旋管的各截面和各典型时刻时速度、压力、壁面剪应力分布进行分析。第七章是结论与展望,先介绍本文的主要工作,然后提出建立人工肝系统还需进行的研究的方向和内容。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-24
  1.1 研究人工肝纤维中血液流动的意义  9
  1.2 人工肝研究的历史与进展  9-11
  1.3 血液流变特性研究的历史与发展  11-16
    1.3.1 血液流变学研究  11-15
    1.3.2 血液中的细胞流变特性  15-16
  1.4 血液的流体动力学研究  16-22
    1.4.1 层流与湍流  17-19
    1.4.2 定常流与非定常流  19-22
  1.5 本文研究内容和方法  22-23
  1.6 小结  23-24
2 血液非牛顿特性分析  24-32
  2.1 Fahraeus效应和Fahraeus-Lindqvist效应  24
  2.2 血流速度与流量方程及其推导  24-28
    2.2.1 数学模型Ⅰ  24-26
    2.2.2 数学模型Ⅱ  26-28
  2.3 计算结果与分析  28-31
    2.3.1 剪变率与剪应力关系  28-29
    2.3.2 血液的剪应力分析  29-30
    2.3.3 血管的流量分析  30-31
  2.4 小结  31-32
3 纤维管的管型设计  32-51
  3.1 数值模拟方法  32-33
  3.2 血液流动模型  33-39
    3.2.1 管型形状的初步确定  33-34
    3.2.2 几何模型  34-38
    3.2.3 数学模型  38-39
  3.3 影响定常流流动情况的参数  39-43
  3.4 数值模拟结果  43-44
    3.4.1 三种管型的速度分布  43
    3.4.2 三种管型的壁面压力分布  43
    3.4.3 三种管型的壁面剪应力分布  43-44
  3.5 讨论  44-50
    3.5.1 直管  44
    3.5.2 U型管  44
    3.5.3 螺旋管  44-50
  3.6 小结  50-51
4 U型管和螺旋管中弯度的影响  51-56
  4.1 几何模型  51
  4.2 数学模型  51
  4.3 数值模拟结果  51-54
  4.4 讨论  54-55
    4.4.1 速度  54
    4.4.2 压力  54-55
    4.4.3 壁面剪应力  55
  4.5 小结  55-56
5 螺旋管中入口直管的影响  56-62
  5.1 几何模型  56
  5.2 数学模型  56
  5.3 结果与讨论  56-61
    5.3.1 速度流线分布  56-57
    5.3.2 壁面压力  57
    5.3.3 壁面剪应力  57-61
  5.4 小结  61-62
6 非定常流在U型管和螺旋管中的影响  62-90
  6.1 数学模型  62-63
  6.2 结果  63-65
    6.2.1 U型管和螺旋管的血液流场的壁面压力分布  64
    6.2.2 U型管和螺旋管的血液流场的壁面剪应力分布  64
    6.2.3 U型管和螺旋管的血液流场的速度分布  64-65
  6.3 讨论  65-88
    6.3.1 压力  65-66
    6.3.2 壁面剪应力  66-67
    6.3.3 速度流线和速度矢量  67-88
  6.4 小结  88-90
7 总结与展望  90-92
  7.1 本文的主要结论  90-91
  7.2 以后期望进行的工作  91-92
参考文献  92-96
作者简历  96-97

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