摘要血管疾病近年来已成为危害人类健康的主要病症之一,而微血管是人体新陈代谢的重要组成组分,同时作用于人体心脏输出功能及循环系统的控制调节,其功能好坏将直接影响着人体生理健康。相对于大中血管,微血管有着介质不连续、热力学系统开放、流动和血流控制过程高度耦合等独特的特点,这就要求在研究过程中,微血管血液将不能简单被视为单相均质连续介质流体,而应考虑到红细胞“个性”问题,将其视为具有微结构的两相流体来研究。同时,当微血管直径与红细胞直径之比不是极大时,红细胞自身布朗运动及红细胞之间相互运动也将对血液流动及壁面剪切应力等流变性能产生作用,此时红细胞的描述应采用离散系统来研究。此外,传统研究通常将血管视为刚性体,但实际血管具有一定弹性,在压力作用下,血管壁径向会产生位移,从而直径呈渐缩状,形成一定的锥角,相对于微血管尺寸这种位移大小是不可忽略的。<br> 本文首先阐述了微血管生理特点及研究背景和意义,而后对流体计算力学、血液动力学、输运理论等理论基础知识做了详细介绍。在此基础上,研究将微血管视为弹性管,血管中血液视为由血浆和红细胞组成的两相流,摒弃了红细胞为连续介质的假设,充分考虑了血管壁弹性变形、红细胞分子间碰撞、红细胞分子的布朗运动效应以及红细胞与血浆之间滑移对血液输运的影响等因素,基于连续性方程、纳维-斯托克斯方程和广义雷诺方程推导出血液运动控制方程,利用Fokker-Planck方程来描述红细胞分布状况,微血管径向位移则通过弹性微分平衡方程推导而得,从而建立了弹性微血管血液两相流的新型输运模型,且对血液流动的主要流变性能参数的机理及计算方法进行了探讨。<br> 对推导后的模型进行数值分析,利用MATLAB软件编程求解。模型分析结果表明,红细胞分布具有趋轴性,血管变形具有“锥度角效应”,并且血液流速分布呈“瓶塞”状,这与单相流模型得出的流速分布呈“抛物线”状有明显的差异。当血管半径处于微米量级时,血液表观粘度将呈现Fahraeus-Lindqvist效应,在管径最小处壁面剪切应力最大,模型计算得到的的血液表观粘度随红细胞体积分数的变化以及随剪切率的变化规律与实验值很好的相吻合。
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