基于计算流体力学的血液动力学研究

论文摘要

血液动力学(Hemodynamics)理论结合生物学、医学的原理和方法,在研究血液和血管的力学特性、分析血液在心血管系统中的流动规律、探讨某些血液循环系统疾病对血液流动特征的可能影响等方面,提供了更深入、更科学的分析手段。基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法,对血液动力学模型进行数值模拟(Numerical Simulation),利用CAE(Computer AidedEngineering)大型通用软件ANSYS进行血管建模分析,研究心血管系统血液流动、血液与血管壁的耦合效应、动脉粥样硬化斑块形成及脱落等问题,并通过数值模拟、图形图像、动画、视频等方式显示计算结果,是目前最行之有效血液动力学的研究方法之一。本论文的研究工作集中对血管特点部位的血液流场特征和血液动力学参数的关系的讨论和仿真验证,主要的研究内容包括一下几个方面。第一,介绍计算流体力学的基础知识和在血液动力学研究中的应用、基本血液动力学模型以及数值模拟基本算法。第二,研究CAE大型通用软件ANSYS在流体领域的应用,并利用ANSYS建立心血管模型、分析计算以及计算结果可视化处理等工作,使得算结果能够直观、准确地表示出来。第三,建立了弹性血管模型和动脉粥样硬化模型,并对其进行分析与计算,寻求局部血液动力学因素在动脉粥样硬化的发生和发展过程中所产生的作用,与现有理论及国内外其他研究者的研究结果进行分析和比较,验证建模方式和方法的可行性和可靠性,旨在为临床应用提供理论依据。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 引言
• 1.1 本课题研究意义
• 1.2 国内外发展和研究状况
• 1.3 论文主要工作
• 2 血液动力学模型分析基础
• 2.1 流体力学理论概述
• 2.1.1 流体的连续介质模型
• 2.1.2 流体的性质
• 2.1.3 基本控制方程
• 2.2 血液动力学分析模型
• 2.2.1 阻力模型
• 2.2.2 弹性腔模型
• 2.2.3 Womersley理论
• 2.3 计算流体力学算法及仿真软件
• 2.3.1 SIMPLE算法详解
• 2.3.2 ANSYS软件基本介绍
• 3 血液动力学模型仿真
• 3.1 建模及仿真计算步骤
• 3.2 弹性血管模型
• 3.2.1 数学模型及控制方程
• 3.2.2 几何模型及计算条件
• 3.2.3 结论分析
• 3.2.4 模型总结
• 3.3 动脉粥样硬化模型
• 3.3.1 数学模型及控制方程
• 3.3.2 几何模型及计算条件
• 3.3.3 结论分析
• 3.3.4 模型总结
• 3.4 其他模型
• 4 总结与展望
• 参考文献
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