解海卫 张 艳 诸 凯

（天津商业大学机械工程学院，天津市制冷技术重点实验室，天津 300134）

引言

模拟生物温度场用于辅助分析已经成为生物医学工程研究中的常用方法。血液与生物组织有复杂的传热耦合关系，准确地分析血液对流换热是模拟生物组织传热的必要前提。

许多研究者为分析血液对流换热做了大量的实验研究和理论计算。Charm进行了实验测量，并分析了血液在不锈钢毛细管（直径0.6mm）内的热交换［1］。Shah通过测量一定加热量P下对应的温升T，由已知经典的努赛尔数（Nu数）和P/T的拟合公式，确定了单管内血液的Nu数［2］。Victor对单个血管的血液流动和换热进行了模拟，计算得到了血液Nu数沿管长的变化，其中壁面条件是均匀壁温和均匀热流两种，入口为完全发展流动［3］，入口条件是均匀流速、温度两种［4］。Luisa假设血液为牛顿流体，根据动量和能量守恒，得出了单根血管局部加热时的对流换热系数公式［5］。Tungjitkusolmun假设血管壁温为常数，分析计算了热疗时大血管对生物组织温度场的影响［6］。

但是，这些研究均是以单个血管为对象，着重用不同方法、确定不同换热条件下的血液Nu数（或h），而考虑在循环系统实际分支结构的基础上，分析血液换热的文献鲜见报道。Anil研究表明，血管的分支结构对血液速度场分布有明显影响，因此分支结构对血液热交换也一定存在影响［7］。根据传热学理论，流速和管径也是影响管内对流换热的主要因素。笔者通过建立血管树简化模型，模拟计算了分支结构内血液的三维速度场、温度场和血液Nu数；……