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骨组织工程支架内微流体及其变形的数值仿真分析

发布时间:2018-04-17 17:18

  本文选题:组织工程 + 骨组织工程支架 ; 参考:《燕山大学》2011年硕士论文


【摘要】:随着组织工程学与快速成型技术的不断发展,骨组织工程支架的研究也在不断的深入。本文主要对骨组织工程支架内部微管道的结构设计、微流体的流动状态以及骨支架在流体作用下的变形进行了研究分析。 首先分析了骨的内部结构,并在此基础上对骨的结构进行简化,建立了具有良好体外培养特性的骨组织工程支架三维微管道结构模型。 其次分别利用Fluent,Ansys中的CFX模块和Comsol3.2a中的流体动力学模块对骨组织工程支架微管道内的营养液流动状态进行数值模拟仿真,并对得到的结果进行分析和比较,确定计算无复杂边界的流体问题时,选用Fluent进行仿真计算。 然后利用有限元分析软件Ansys分别用双向流固耦合和单向流固耦合的方法计算骨组织工程支架在微管道内营养液压力作用下的变形,比较两种计算方法得到的结果,分析得出在营养液速度很小时,可以用单向流固耦合计算方法代替双向流固耦合计算方法;利用单向流固耦合计算方法分别计算不同的灌注速率、不同的骨支架结构的骨支架变形,并对得到的结果进行分析比较,确定在营养液不同速度和不同微管道结构下的支架最大变形值。 最后研究气液两相流在粗糙微管道中流动时的流动特性,通过利用Fluent的VOF模型对氮气和水两相流在粗糙微管道中的流动进行模拟,绘制了流型图,并与光滑微管道的流型图和Triplett等通过实验得到的流型图进行比较,使数值模拟和实验研究得到了彼此的验证。
[Abstract]:With the development of tissue engineering and rapid prototyping technology, the research of bone tissue engineering scaffold is also deepening.In this paper, the structure design, flow state of microfluid and deformation of bone scaffold under the action of fluid were studied and analyzed.Firstly, the internal structure of bone was analyzed, and the structure of bone was simplified, and a three-dimensional microtube structure model of bone tissue engineering scaffold with good culture characteristics in vitro was established.Secondly, the flow state of nutrient solution in bone tissue engineering scaffold was simulated by the CFX module of fluid Ansys and the fluid dynamics module of Comsol3.2a, and the results were analyzed and compared.Fluent is used to calculate the fluid problem without complex boundary.Then the deformation of bone tissue engineering scaffold under the pressure of nutrient solution in micropipeline was calculated by using the method of bidirectional fluid-solid coupling and unidirectional fluid-solid coupling, respectively, using the finite element analysis software Ansys, and the results obtained by the two methods were compared.When the velocity of nutrient solution is very small, the method of unidirectional fluid-solid coupling can be used instead of the method of bidirectional fluid-solid coupling, and the different rates of perfusion can be calculated by the method of unidirectional fluid-solid coupling.The deformation of bone scaffolds with different bone scaffolds was analyzed and compared to determine the maximum deformation of the scaffolds at different velocities of nutrient solution and different microtube structures.Finally, the flow characteristics of gas-liquid two-phase flow in a rough micro-pipeline are studied. The flow pattern of nitrogen and water two-phase flow in a rough micro-pipeline is simulated by using Fluent's VOF model.Compared with the flow pattern diagram of smooth microtube and Triplett, the numerical simulation and the experimental study are verified by each other.
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:R312

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