- максимальные значения напряжений сдвига в расчетной области - 10,37 Па;
- падение давления между выходом и выходом - 0,21 кПа (21,41 мм вод. ст.).
Получены распределения вектора скорости, статического давления и напряжений сдвига в плоскости OXZ, которые приведены на рис. 5-7.
Рис. 5. Распределение вектора скорости в плоскости OXZ
Анализ результатов моделирования позволил выявить следующие закономерности течения: тромбоцит гемодинамика клапан сердце
- во время систолы в области у клапана наблюдаются одна прямая и четыре регургитационные струи. Регургитационные струи начинаются в пристеночных слоях; взаимодействуя с приливами корпуса, они меняют направление, а после прохождения через корпус клапана они, теряя скорость, попадают в расширение аорты, где меняют направление движения на противоположное и после совершения нескольких кругоподобных движений пересекают границу проточной области;
- прямая струя формируется у приливов корпуса и «не касается» внутренних поверхностей полностью открытых створок (рис. 5);
- максимальные значения скорости потока, максимальные значения статического давления и максимальные значения касательных напряжений в потоке наблюдаются также у приливов корпуса (у шарниров) (рис. 4-6).
Рис. 6. Распределение статического давления в плоскости OXZ
Рис. 7. Распределение напряжений сдвига в плоскости OXZ
Распределения относительного числа разрушенных красных кровяных телец Lrbc и чисел кавитации X в плоскости OXZ приведены на рис. 8 и 9.
Рис. 8. Распределение разрушенных красных кровяных телец в плоскости OXZ
Рис. 9. Распределение чисел кавитации в плоскости OXZ
Анализ этих распределений позволил сделать следующие выводы:
- во время систолы инициирование разрушения красных кровяных телец начинается в области у приливов корпуса клапана и развивается вдоль по течению. Дальнейшее накопление разрушенных красных кровяных телец происходит в части потока, совершающего круговые движения в расширении корня аорты. Влияние на этот процесс оказывают напряжения сдвига в приповерхностных слоях расчетной области;
- относительно высокие концентрации разрушенных красных кровяных телец обнаружены в локальных областях расчетной области. Значение относительного содержания разрушенных красных кровяных телец в них не превышает 0,01 %. Средние по площади выходного сечения значения относительного числа разрушенных красных кровяных телец равны 1,22 * 10-8;
- оценка склонности потока во время систолы к развитию в нем кавитации, выполненная по зависимости (3), показала отсутствие областей, в которых может реализоваться кавитационный режим течения.
Заключение
Основным результатом работы является создание адекватных компьютерных моделей гемодинамики всей линейки полнопроточных клапанов сердца «МЕДИНЖ-СТ», которые позволяют оценить количество разрушенных эритроцитов, активированных тромбоцитов и склонность течения к развитию в нем кавитации. Анализ результатов моделирования позволил выявить особенности течения крови через клапаны, а также определить характеристики потоков и показатели гемолиза. Установлено, что во время систолы относительно высокие концентрации разрушенных красных кровяных телец присутствуют в локальных областях расчетной области, их значения не превышают 0,01 %. Средние по площади выходного сечения значения относительного числа разрушенных красных кровяных телец не превышают 3-10-6 %. Склонности потока к развитию в нем кавитации не выявлено.
Библиографический список
1. CFX-Solver Theory Guide. - Canonsburg: ANSYS Inc, 2019.
2. CFX-Solver Modeling Guide. - Canonsburg: ANSYS Inc, 2019.
3. Искусственные клапаны сердца / П. И. Орловский и др. - Санкт-Петербург: Олма Медиа Групп, 2007. - 464 с.
4. Fang, J. Owens, Numerical simulations of pulsatile blood flow using a new constitutive model / Jiannong Fang, G. Robert. - 2006. - Vol. 43 (5). - P. 637-660.
5. Система искусственного сердца пульсирующего типа на базе мехатронных модулей: монография / под ред. проф. В. В. Морозова; Л. В. Беляев и др; Владим. гос. ун-т им. А. Г. и Н. Г. Столетовых. - Владимир: Изд-во ВлГУ, 2014. - 122 с.
6. Отчет о НИР № 1 от 15.01.2013. Расчетно-экспериментальное исследование гидродинамики двухстворчатого искусственного клапана сердца. ООО «Фант», - Санкт-Петербург, 2013. - 87 с.
7. URL: ru.wikipedia.org
References
1. CFX-Solver Theory Guide. Canonsburg: ANSYS Inc, 2019.
2. CFX-Solver Modeling Guide. Canonsburg: ANSYS Inc, 2019.
3. Orlovskiy P. I. et al. Iskusstvennye klapany serdtsa [Artificial heart valves]. Saint- Petersburg: Olma Media Grupp, 2007, 464 p. [In Russian]
4. Fang J., Robert G. Owens, Numerical simulations of pulsatile blood flow using a new constitutive model. 2006, vol. 43 (5), pp. 637-660.
5. Sistema iskusstvennogo serdtsa pul'siruyushchego tipa na baze mekhatronnykh mod- uley: monografiya [Pulse-type artificial heart system based on mechatronic modules: monograph]. Ed. by prof. V. V. Morozov; L. V. Belyaev et al.; Vladim. gos. un-t im. A. G. i N. G. Stoletovykh. Vladimir: Izd-vo VlGU, 2014, 122 p. [In Russian]
6. Otchet o NIR № 1 ot 15.01.2013. Raschetno-eksperimental'noe issledovanie gid- rodinamiki dvukhstvorchatogo iskusstvennogo klapana serdtsa [Research work No. 1 report from the 15th of January, 2013. Computational and experimental study of the hydrodynamics of a bicuspid artificial heart valve]. OOO «Fant», Saint-Petersburg, 2013, 87 p. [In Russian]
7. Available at: ru.wikipedia.org