医用射流锥直型喷嘴流动特性仿真研究

发布时间：2025-06-04 02:12

　　 目前,国内关于医用水刀技术方面的研究逐渐增多,但针对医用水刀喷嘴进行研究的占少数。在此背景下,探究了医用水刀喷嘴不同结构对水射流能量损耗方面的影响,并使用Fluent仿真软件对不同锥角、不同压力下的锥直型水刀喷嘴喷射出的生理盐水进行流场分析。结果表明:锥直型结构喷嘴更适合应用于医用水刀,当锥直型喷嘴的锥角为30°时,喷嘴射流动压最为稳定,能量损失少;高速流区域随水刀入口压力的增大而增大,因此在手术允许范围内选取较高的入口压力可以提高水刀性能,更好地完成手术任务。

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【部分图文】：

图1 两种喷嘴结构示意图

医用射流喷嘴的设计中,医用水刀的喷嘴设计尤其重要,本研究设计的医用水刀主要实现在腔镜手中水射流对组织的切割分离功能,需水射流能量较为集中,冲击作用明显。从喷射的水束状态上,不同类型的喷嘴会得到不同的水束状态,进而产生不同的射流效果。根据水射流实际切割能力,结合工业水刀有关资料[6....

图2 平顶型喷嘴与锥直型喷嘴动压等值线图

对流体域内采用结构化网格划分,湍流模型采用系统设置的k-ε模型;入口设置为压力入口,压力分别设置为几组典型压力,出口压力设置为大气压;求解器采用非耦合隐式求解,其他均保持默认设置。图2为两种类型喷嘴在入口压力为5MPa时动压等值线云图。从图2中可以看出,由于喷嘴结构不同,流体内....

图3 平顶型喷嘴与锥直型喷嘴动压对比图

图2平顶型喷嘴与锥直型喷嘴动压等值线图对于不同的入口压力,平顶型喷嘴与锥直型喷嘴最大误差为13.25%和7.2%,而且锥直型喷嘴可以较好的跟随入口压力值变化,综上所述,具有收缩段和圆柱段的锥直型喷嘴更适合做医用射流的射流喷嘴。

图4 不同锥角下速度等值线图

图5是不同锥角下射流轴线上动压变化曲线图,研究发现,动压在射流轴线上有一个衰减过程,并且随着过渡锥角的增大,动压逐渐减小,但在15°到30°变化时,动压相差下降幅度较小。图5不同锥角下射流轴线上动压变化曲线图

本文编号：4049162