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机械瓣的空化研究进展

  来源:120online      日期:2007-05-09
生物医学工程学杂志1999年第2期第16卷综述作者:贺照明 席葆树单位:清华大学工程力学系,北京 100084关键词:机械瓣;空化;血流动力学贺照明 席葆树 综述 朱克勤 审校...

  空化产生的根本原因是压力减小到临界压力以下。围绕着液体压力降低这个根本条件,研究人员提出了以下五种可能的空化理论[3](1)动脉压力理论;(2)流动减速理论;(3)梢部旋涡理论。(4)流线收缩理论;(5)挤压射流理论。

  1986年Leuer[3]提出脉动压力空化理论,认为由流体可压缩性和湍流所产生的关闭时的高频压力脉动导致空化。1991年Graf等[3]提出流动减速空化理论,认为心瓣阻塞体关闭运动的突然停止使流动骤然减速,心房侧流体依惯性脱离心瓣的趋势所造成的低压导致空化。1991年Stinebring等[3]提出梢部旋涡空化理论,认为心室与心房的压力差造成缝隙间的高速射流,在心瓣梢部较大的射流产生较强的剪切流旋涡,旋涡中心的低压低于临界压力时便产生空化。1994年lee等[21]提出流线收缩空化理论,认为沿心瓣间隙的流动产生文吐里效应导致空化。1994年Makhijani、Chandran、Lee和Blustein等提出挤压射流空化理论[3,22],该理论认为在机械瓣关闭的最后阶段,在机械瓣梢部和瓣环之间的流体受到趋近的上下固壁挤压而在固壁缝隙中形成高速流动,这股射流从缝隙中射出并与缝隙出口的流体相混构成强剪切层,由于剪切层中的旋涡强度非常大,环境流体压力又比较低,所以旋涡中心的压力低于发生空化的临界压力,故液体发生空化。由于该理论能够较好解释瓣叶靠内侧周边空蚀造成的凹坑。所以这种理论普遍为学者所接受。

  这几种因素在机械瓣的关闭瞬间都存在,但又很难分清哪一种作用是主要贡献。试验研究存在时间和空间上的困难,在时间上,空化过程是微秒级的,这对测量仪器动态响应和精度要求较高,在空间上,机械瓣空化部位狭小,这要求传感器的体积要小,所以用试验证明某种空化理论仍很困难。从距心瓣表面1 mm处的压力测量表明,流动减速造成的低压是相当大的,有时足以产生空化[3,11],因此流动减速对空化有很大作用。1991年Gross等[23]用LDA对Φ27双叶瓣做了瓣间中缝泄漏射流速度测试,并得出Venturi效应不会造成空化的结论。

  4.2 运用CFD研究空化

  4.3 空化程度的衡量指标

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