磁场作用下狭窄动脉中的血液流动和换热特性

发布时间：2020-07-13 16:16

【摘要】：动脉硬化意味着血管内壁出现异常增厚,导致血管(管道和管口)变窄。动脉一旦出现了局部狭窄,必将对血液流动产生影响,引起胆固醇进一步沉积等问题,导致局部狭窄进一步发展。由于血液具有磁性和导电性,是典型的生物磁流体,因而在磁场作用下,血液的流动和换热特性将会发生改变。本文建立考虑壁面弹性变形、血液粘度变化的数学模型对磁场作用下狭窄动脉内的血液流动和传热特性进行了数值研究。首先,数值研究了弹性壁面对血液动力学特性的影响。相对刚性模型而言,弹性模型的血液流速和狭窄喉部负压有所上升,壁面剪应力有所下降。弹性管内流速峰值比刚性管内流速峰值高约3.7%;弹性管内流体压力极值比刚性管内的流体压力极值高约9.1%;较之刚性模型,弹性模型? = 0°及? = 180°壁面的切应力极值分别小11.5%和5.2%。其次,比较了将血液视为牛顿流体和非牛顿流体的数值模拟结果,发现狭窄区下游非牛顿流体的涡尺度小于牛顿流体的涡尺度,无磁场作用时牛顿流体涡尺度约为非牛顿流体涡尺度的4倍;磁场作用下牛顿流体涡尺度约为非牛顿流体涡尺度的1.5倍。最后,数值研究了载流直导线产生的磁场以及竖直方向局部非均匀磁场对远离心脏处狭窄动脉内的血液流动和换热的影响。在载流直导线磁场作用下,狭窄区下游流线不再对称分布,流体经过狭窄区后向远离磁源的方向偏移,靠近磁源的涡急剧扩张,涡尺度约为无磁场作用时的4倍,远离磁源的涡明显收缩。远离磁源侧流体温度升高,最大温升达0.9K,磁源附近大部分区域流体温度降低,最大温降为0.36K。远离磁源的壁面温度升高,其壁面温度与靠近磁源的壁面最大温度差值可达0.96K。而在沿竖直方向变化的局部非均匀磁场作用区域,靠近磁源的涡急剧扩张,远离磁源的壁面较靠近磁源的壁面温度高,最大温差达1.3K;磁场作用区域下游,远离磁源的壁面附近出现一尺度较大的涡,其壁面温度较靠近磁源的壁面温度低,最大温差达2.2K。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：R35
【图文】：

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图 1.1 血管内壁异常增厚示意图碍会造成心血管系统生理异常，并极有可能引起医疗卫生现状报告》显示，心血管病已成为当今造成严重影响和威胁的重大疾病，全球每年因心成为全球性公共卫生问题。国家卫生部心血管告》收集并分析了中国心血管病患者的信息，报年有明显增加，达 260 万至 320 万。报告还对心

实验装置图,核心区,磁流体

能精确描述真实血管及其内部血流状态的血管壁及蓬勃发展，利用计算机进行数值研究己成为时下流，越来越多研究者利用数值模拟的方法对生物磁流向是对具有局部狭窄、分岔、弯曲这些复杂几何特运动规律进行模拟。靶向位置的磁流体聚集进行了研究。实验装置如图别如图 1.3 (a)、(b)。分析表明，磁流体核心区在流区外围梯度变大，外围的流体将磁流体传输进磁场区的激发作用下，出现次流，来自核心区外部的磁度低、磁场梯度小，该区域无法克服流体动力，故聚集结束，核心区容积不断减小。核心区消散过程

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(b)图 1.3 磁场作用下流体影像图及数值模拟图 Ganguly 等[32]还模拟了磁场作用下管道中磁流体流动的两向强迫对流传热情况。实图如图 1.4，速度场和温度场图如图 1.5。研究表明，仅当磁场强度大到 Kelvin 力大，流动才受磁场影响；由于热边界层的不对称性以及由此产生的流体磁化系数的空造成冷流体向磁极方向移动。因而，磁场使冷壁附近产生涡，从而改变对流能量输度分布，强化传热。附加磁极有利于传热，因为其能产生附加回流区。总传热量的磁化电流决定，磁极间的相对位置也在一定程度上影响总传热量。图 1.4 实验装置示意图

【参考文献】