本文關(guān)鍵詞：基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的膀胱動(dòng)力泵及尿道閥仿真研究

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【摘要】：神經(jīng)源性膀胱是指由于控制排尿的中樞神經(jīng)受損而引起的膀胱排尿功能障礙的一類疾病,目前尚無有效的治療辦法。臨床上通常采取的尿道插管引流、膀胱造瘺轉(zhuǎn)流和腹部施壓等輔助排尿措施均易引發(fā)泌尿系統(tǒng)感染或其它并發(fā)癥。為解決神經(jīng)源性膀胱患者排尿困難的問題,本課題前期提出了一種超聲汽化蒸汽驅(qū)動(dòng)的排尿助力系統(tǒng)(也稱膀胱動(dòng)力泵)和一種超聲汽化蒸汽驅(qū)動(dòng)的尿道閥,它們是利用超聲波熱效應(yīng)及熱工轉(zhuǎn)換原理來實(shí)現(xiàn)輔助膀胱排尿功能的。為將其應(yīng)用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和進(jìn)一步臨床實(shí)驗(yàn)研究,有必要對(duì)其特性展開深入的理論分析與模擬實(shí)驗(yàn)研究。本文主要工作如下：首先,基于虛擬樣機(jī)技術(shù)和流體力學(xué)理論建立了膀胱動(dòng)力泵的虛擬樣機(jī)模型,利用Fluent軟件對(duì)膀胱動(dòng)力泵排尿過程的流場(chǎng)分布進(jìn)行了數(shù)值模擬,并模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性。通過改變模型的仿真參數(shù),獲得了在不同初始排尿驅(qū)動(dòng)壓下的尿流率曲線。結(jié)果表明：增大初始排尿驅(qū)動(dòng)壓可以增大尿流率,提高膀胱動(dòng)力泵的排尿動(dòng)力特性。其次,應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)建立了尿道閥驅(qū)動(dòng)囊的仿真模型,利用Fluent軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)囊內(nèi)驅(qū)動(dòng)壓的建立進(jìn)行了動(dòng)態(tài)流場(chǎng)仿真,并模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性。利用所建模型仿真分析了超聲控制參數(shù)以及尿道閥結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明：增大超聲波的聲強(qiáng)、輻射面積和頻率,減小驅(qū)動(dòng)腔體積,均可提高尿道閥的驅(qū)動(dòng)特性。再次,利用Fluent中動(dòng)網(wǎng)格和UDF技術(shù)對(duì)尿道閥開啟過程中閥芯的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行了二維動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬,獲得了閥芯運(yùn)動(dòng)過程中閥芯位移及其受力的變化規(guī)律。最后,基于上述尿道閥的研究分析結(jié)果,提出了一種新型結(jié)構(gòu)的尿道閥,開展了尿道閥的啟閉特性實(shí)驗(yàn)研究,研究結(jié)果表明尿道閥的啟閉性能良好。本文研究結(jié)果可為超聲汽化蒸汽驅(qū)動(dòng)的膀胱動(dòng)力泵和尿道閥的特性分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù),也可為研究新型的輔助排尿方案提供指導(dǎo),對(duì)其它可植入式系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)有借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：膀胱動(dòng)力泵 尿道閥 虛擬樣機(jī)技術(shù) Fluent 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.9;R694.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 課題來源13
• 1.2 課題背景及意義13-14
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析14-22
• 1.3.1 膀胱動(dòng)力泵研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 尿道閥研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.3 虛擬樣機(jī)技術(shù)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3.4 Fluent應(yīng)用研究現(xiàn)狀20-22
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容22-23
• 第二章 膀胱動(dòng)力泵及尿道閥組成原理23-31
• 2.1 膀胱儲(chǔ)排尿原理23-25
• 2.2 膀胱動(dòng)力泵25-28
• 2.2.1 膀胱動(dòng)力泵的組成及工作原理25-27
• 2.2.2 膀胱動(dòng)力泵性能指標(biāo)27-28
• 2.3 尿道閥28-30
• 2.3.1 尿道閥的組成及工作原理28-30
• 2.3.2 尿道閥性能指標(biāo)30
• 2.4 小結(jié)30-31
• 第三章 膀胱動(dòng)力泵虛擬樣機(jī)仿真分析31-49
• 3.1 虛擬樣機(jī)概述31-33
• 3.1.1 虛擬樣機(jī)的定義31-32
• 3.1.2 虛擬樣機(jī)技術(shù)的定義32-33
• 3.2 計(jì)算流體力學(xué)理論概述33-36
• 3.2.1 流體力學(xué)控制方程33-34
• 3.2.2 湍流模型34-35
• 3.2.3 初始條件和邊界條件35-36
• 3.3 膀胱動(dòng)力泵虛擬樣機(jī)的建立36-41
• 3.3.1 物理模型的建立36-37
• 3.3.2 模型網(wǎng)格劃分37-39
• 3.3.3 求解器的選擇39-40
• 3.3.4 流體參數(shù)設(shè)置40
• 3.3.5 邊界條件設(shè)置40-41
• 3.4 仿真結(jié)果分析41-43
• 3.4.1 壓力云圖41-42
• 3.4.2 速度云圖42-43
• 3.5 模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)43-48
• 3.5.1 模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理43-45
• 3.5.2 模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)45-47
• 3.5.3 尿流率結(jié)果分析47-48
• 3.6 小結(jié)48-49
• 第四章 尿道閥虛擬樣機(jī)仿真分析49-59
• 4.1 尿道閥驅(qū)動(dòng)囊建模49-51
• 4.1.1 數(shù)學(xué)建模49-50
• 4.1.2 仿真模型的建立和網(wǎng)格劃分50-51
• 4.1.3 計(jì)算方法和邊界條件51
• 4.2 仿真模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證51-57
• 4.2.1 模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)51-53
• 4.2.2 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析53-57
• 4.3 小結(jié)57-59
• 第五章 尿道閥開啟過程數(shù)值模擬59-65
• 5.1 Fluent仿真計(jì)算過程59-62
• 5.1.1 動(dòng)網(wǎng)格原理59-60
• 5.1.2 模型的網(wǎng)格劃分60
• 5.1.3 物理模型的設(shè)置60-61
• 5.1.4 計(jì)算方法和邊界條件61-62
• 5.2 閥芯運(yùn)動(dòng)過程流場(chǎng)分析62-64
• 5.3 小結(jié)64-65
• 第六章 尿道閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)65-71
• 6.1 尿道閥的組成原理65-66
• 6.2 尿道閥的特點(diǎn)66-67
• 6.3 尿道閥的啟閉特性研究67-69
• 6.3.1 啟閉條件67
• 6.3.2 啟閉特性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證67-69
• 6.4 小結(jié)69-71
• 總結(jié)和展望71-73
• 1. 總結(jié)71
• 2. 展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 攻讀碩士期間的研究成果77-81
• 致謝81

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