發(fā)布時間：2020-10-14 19:01

　　 血液灌流器作為血液凈化領(lǐng)域重要醫(yī)用耗材,其中的吸附劑顆粒(聚苯乙烯-二乙烯基苯共聚物)在流體的作用下會大量地聚集于靜脈端的濾網(wǎng)處,處于懸浮狀態(tài)。本文針對血液灌流器內(nèi)流道在臨床使用過程中內(nèi)部流場的運動情況,建立相應(yīng)的流體力學(xué)模型,并進行求解,模擬分析吸附劑顆粒在混合流場中的懸浮運動狀態(tài),為灌流器結(jié)構(gòu)優(yōu)化與臨床使用提出指導(dǎo)。主要研究工作和成果包括:(1)建立多孔介質(zhì)模型和懸浮顆粒模型進行求解與分析。對比兩者的理論方程,可以看出多孔介質(zhì)模型僅描述了流體的運動特性,而懸浮顆粒模型不僅描述了流體的運動特性,還描述了顆粒在流態(tài)化過程中的懸浮翻滾行為,以及血液與顆粒間的相互作用;應(yīng)用CFD耦合EDEM模擬不同吸附劑裝量的內(nèi)流道的混合流場,內(nèi)流道進出口壓降與實驗測量的壓降比較一致,顆粒速度和固含率沿著徑向的分布與文獻值吻合較好。懸浮顆粒模型相比于多孔介質(zhì)模型模擬得到的進出口壓降與實驗值更加吻合。(2)分析懸浮顆粒模型入口流速對內(nèi)流道中混合流場的影響:應(yīng)用離散相數(shù)值求解模型、改變?nèi)肟谶吔鐥l件,分別對恒定入口邊界條件和脈動入口邊界條件下的混合流場進行模擬;發(fā)現(xiàn)在恒定和脈動入口流速下,當(dāng)入口流速較大時,顆粒在流體的作用下,使得顆粒大量地聚集于靜脈端的濾網(wǎng)處。在脈動入口流速下,當(dāng)入口流速較小時,顆粒速度在軸向和徑向分布出現(xiàn)明顯的波動,說明顆粒在混合流場中出現(xiàn)明顯的懸浮翻滾運動。應(yīng)用均一相模型求解內(nèi)流道中的混合流場,在不同入口流速下,均發(fā)現(xiàn)會出現(xiàn)一小部分顆粒在動脈端的濾網(wǎng)處存在快速的懸浮翻滾運動,大部分顆粒在流體的作用下位于靜脈端的濾網(wǎng)處。得出結(jié)論:均一相模型下,選擇脈動入口流速作為入口邊界條件,可以準(zhǔn)確地呈現(xiàn)懸浮顆粒的在混合流場中的懸浮翻滾運動,有利于血液與吸附劑顆粒的充分接觸。(3)在離散相懸浮顆粒流體力學(xué)模型下,按自由曳力模型、De filice曳力模型、Ergun and wen yu曳力模型;在均一相懸浮顆粒流流體力學(xué)模型,按自由曳力模型;模擬計算在以上兩種懸浮顆粒模型下相間的相互作用對顆粒速度和固含率分布的影響。結(jié)果表明:在離散相模型下,不同的相間作用模型對顆粒固含率分布影響較小,而對速度分布有不同程度的的影響。在均一相模型下,顆粒速度在軸向的分布先升高后減小最后趨于穩(wěn)定,有別于離散相模型下顆粒速度在軸向逐漸減小最后趨于穩(wěn)定的變化趨勢,發(fā)現(xiàn)均一相模型顆粒速度大于離散相模型的顆粒速度。此外在均一相模型下,分析流體對顆粒的曳力作用,內(nèi)流道進出口壓降與實驗的壓降比較吻合,且顆粒速度在近壁面位置處相對較大。得出結(jié)論:均一相模型下的自由曳力相間作用可以更好地描述灌流器內(nèi)流道的混合流場。(4)分析顆粒屬性(顆粒密度、顆粒半徑)對內(nèi)流道中混合流場的影響,根據(jù)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn):應(yīng)用離散相懸浮顆粒數(shù)值求解模型,當(dāng)顆粒密大于血液密度時,可以更好地將內(nèi)流道中顆粒的懸浮翻滾運動呈現(xiàn)出來;在均一相懸浮顆粒模型下,顆粒密度對內(nèi)流道中的混合流場中流體的速度、顆粒速度、進出口壓降影響較大。在離散相數(shù)值求解模型下,顆粒半徑對內(nèi)流道混合流場的影響不明顯;在均一相懸浮顆粒模型下,顆粒半徑對內(nèi)流道中的混合流場的影響明顯。得出結(jié)論:均一相模型有利于從顆粒屬性的角度描述混合流場的運動狀態(tài);顆粒密度大于血液密度時,有利于顆粒的懸浮翻滾運動;顆粒半徑越大越不利于顆粒的懸浮翻滾運動。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH77
【部分圖文】：

圖 1-1 單個顆粒的受力情況ig.1-1 Stress on a single part顆粒上主要是由于流體算方程。Moraga[67]提出顆粒雷諾數(shù)和渦流雷諾r[70]提出更大范圍雷諾數(shù)主要適用于小直徑球形對吸附劑顆粒的作用。循環(huán)流化床（CFB）的非數(shù)評價模型，并基于該法對圓柱形鼓泡塔進行

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章 血液灌流器流體力學(xué)模型的建立灌流器的工作原理流器作為血液凈化技術(shù)的重要載體，常用于中毒、尿毒癥和肝病的有害物質(zhì)[86]。血液灌流器的工作原理如圖 2-1 所示，血液通過流道當(dāng)中之后經(jīng)過靜脈端回流至人體。從圖 2-1 中可以觀察出，求解過程中建立相應(yīng)的入口邊界條件；根據(jù)灌流器內(nèi)流道的結(jié)流體力學(xué)模。內(nèi)流道結(jié)構(gòu)圖 2-2 所示。

第二章 血液灌流器流體力學(xué)模型的建立的多孔介質(zhì)模型質(zhì)模型控制方程血液灌流器的工作方式可知，流體進入內(nèi)流道中，會使得大網(wǎng)處。此時可以將趨于靜止?fàn)顟B(tài)的吸附劑顆粒床層視為多孔處。多孔介質(zhì)的模型如圖 2-3 所示，多孔介質(zhì)段（③），放孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；血液從底部的動脈端（①）入口進入灌流（③）進行吸附，最后從靜脈端（④）流出回流到人體。多型和毛細管束模型[87]，近年來關(guān)于孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的研究相對
【參考文獻】

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本文編號：2841054