彈性微血管血液兩相流模型及流變性能研究.pdf

1、血管疾病近年來(lái)已成為危害人類健康的主要病癥之一，而微血管是人體新陳代謝的重要組成組分，同時(shí)作用于人體心臟輸出功能及循環(huán)系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)，其功能好壞將直接影響著人體生理健康。相對(duì)于大中血管，微血管有著介質(zhì)不連續(xù)、熱力學(xué)系統(tǒng)開(kāi)放、流動(dòng)和血流控制過(guò)程高度耦合等獨(dú)特的特點(diǎn)，這就要求在研究過(guò)程中，微血管血液將不能簡(jiǎn)單被視為單相均質(zhì)連續(xù)介質(zhì)流體，而應(yīng)考慮到紅細(xì)胞“個(gè)性”問(wèn)題，將其視為具有微結(jié)構(gòu)的兩相流體來(lái)研究。同時(shí)，當(dāng)微血管直徑與紅細(xì)胞直徑之比不是極

2、大時(shí)，紅細(xì)胞自身布朗運(yùn)動(dòng)及紅細(xì)胞之間相互運(yùn)動(dòng)也將對(duì)血液流動(dòng)及壁面剪切應(yīng)力等流變性能產(chǎn)生作用，此時(shí)紅細(xì)胞的描述應(yīng)采用離散系統(tǒng)來(lái)研究。此外，傳統(tǒng)研究通常將血管視為剛性體，但實(shí)際血管具有一定彈性，在壓力作用下，血管壁徑向會(huì)產(chǎn)生位移，從而直徑呈漸縮狀，形成一定的錐角，相對(duì)于微血管尺寸這種位移大小是不可忽略的。
　　本文首先闡述了微血管生理特點(diǎn)及研究背景和意義，而后對(duì)流體計(jì)算力學(xué)、血液動(dòng)力學(xué)、輸運(yùn)理論等理論基礎(chǔ)知識(shí)做了詳細(xì)介紹。在此基礎(chǔ)上，

3、研究將微血管視為彈性管，血管中血液視為由血漿和紅細(xì)胞組成的兩相流，摒棄了紅細(xì)胞為連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)，充分考慮了血管壁彈性變形、紅細(xì)胞分子間碰撞、紅細(xì)胞分子的布朗運(yùn)動(dòng)效應(yīng)以及紅細(xì)胞與血漿之間滑移對(duì)血液輸運(yùn)的影響等因素，基于連續(xù)性方程、納維-斯托克斯方程和廣義雷諾方程推導(dǎo)出血液運(yùn)動(dòng)控制方程，利用Fokker-Planck方程來(lái)描述紅細(xì)胞分布狀況，微血管徑向位移則通過(guò)彈性微分平衡方程推導(dǎo)而得，從而建立了彈性微血管血液兩相流的新型輸運(yùn)模型，且對(duì)血液

4、流動(dòng)的主要流變性能參數(shù)的機(jī)理及計(jì)算方法進(jìn)行了探討。
　　對(duì)推導(dǎo)后的模型進(jìn)行數(shù)值分析，利用MATLAB軟件編程求解。模型分析結(jié)果表明，紅細(xì)胞分布具有趨軸性，血管變形具有“錐度角效應(yīng)”，并且血液流速分布呈“瓶塞”狀，這與單相流模型得出的流速分布呈“拋物線”狀有明顯的差異。當(dāng)血管半徑處于微米量級(jí)時(shí)，血液表觀粘度將呈現(xiàn)Fahraeus-Lindqvist效應(yīng)，在管徑最小處壁面剪切應(yīng)力最大，模型計(jì)算得到的的血液表觀粘度隨紅細(xì)胞體積分?jǐn)?shù)的變化