磁場作用下狹窄動脈中的血液流動和換熱特性

實驗表明動脈狹窄區附近局部渦流的形成以及較慢的血流速度，使部分紅細胞、血小板滯留於該區域，易形成附壁血栓的核心體，同時渦流區紅細胞易聚集沉積誘發血栓的形成，血栓的形成及發展將加劇動脈硬化。血管直徑發生較大變化的地方，同時也是血管等效應力較大的地方，因此血管變形與動脈硬化緊密相關，研究動脈硬化機理時，應考慮血管變形的影響。通過分析血流速度、壓力、壁面切應力、壁面熱流密度等流動換熱參數，得出以下結論：

(1) 彈性壁面對血液動力學特性有重要影響。相對剛性模型而言，儘管彈性模型的血液速度、壓力分布和壁面剪應力分布趨勢差別不大，但流體流線形態有明顯區別，同時血液流速和狹窄喉部負壓有所上升，壁面剪應力有所下降。彈性管內流速峰值比剛性管內流速峰值高約3.7%；彈性管內流體壓力極值比剛性管內的流體壓力極值高約 9.1%；較之剛性模型，彈性模型? = 0° 及 ? = 180° 壁面的切應力極值分別小 11.5% 和 5.2%。

(2) 分別將血液視為牛頓流體和非牛頓流體時的計算結果存在以下區別：狹窄區下游非牛頓流體的渦尺度小於牛頓流體的渦尺度，無磁場作用時牛頓流體渦尺度約為非牛頓流體渦尺度的 4 倍；磁場作用下牛頓流體渦尺度約為非牛頓流體渦尺度的 1.5 倍。

(3) 載流直導線產生的磁場以及沿豎直方向變化的局部非均勻磁場對於遠離心臟處狹窄動脈內的血液流動和換熱的影響是十分顯著的。

在載流直導線磁場作用下，狹窄區下游流線不再對稱分布，流體經過狹窄區後向遠離磁源的方向偏移，靠近磁源的渦急劇擴張，渦尺度約為無磁場作用時的 4 倍，遠離磁源的渦明顯收縮。遠離磁源側流體溫度升高，最大溫升達 0.9K，磁源附近大部分區域流體溫度降低，最大溫降為 0.36K。遠離磁源的壁面溫度升高，壁面溫度與靠近磁源的壁面最大溫度差值可達 0.96K。

在沿豎直方向變化的局部非均勻磁場作用區域，靠近磁源的渦急劇擴張，遠離磁源的壁面較靠近磁源的壁面溫度高，最大溫差達 1.3K；磁場作用區域下游，遠離磁源的壁面附近出現一尺度較大的渦，其壁面溫度較靠近磁源的壁面溫度低，最大溫差達 2.2K。

以上研究結果在生物醫學工程領域具有廣泛的應用前景。一方面，可利用施加磁場後渦尺度的變化、流體溫度分布的改變準確查找、定位發生狹窄的部位；另一方面，由於磁場作用下渦流速度增加，因此可有效防止膽固醇沉積、結締組織增生，避免狹窄程度加劇。將納米級藥物顆粒注入血液，含藥物的渦流不斷沖刷狹窄部位，從而達到治療效果。

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