磁场作用下狭窄动脉中的血液流动和换热特性

作     者：李江烨 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄护林

授予年度：2010年

学科分类：1001[医学-基础医学(可授医学、理学学位)] 10[医学] 

主      题：狭窄动脉 血液 生物磁流体 磁场 非牛顿流体 弹性壁 流固耦合 

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。