最新ANSYS-Workbench-Fluent流固耦合传热及热结构分析ppt课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• “当人的器官在动物的体内生长，拥有人类细胞的 猪或老鼠，是不是会像人类一样思考，却和动物一 样行事？”
• “它们所带给人类社会的恐惧，早已超越了人类认 知的界限和人类对科学成果的接纳空间”。
一、研究概况
• “嵌合体”是在生物界非常普遍的自然现象。 • 孪生子在同一个子宫中发育时会发生细胞交流，大多
(4)生产移植器官 人兔胚胎嵌合体：将来发育成某种特定器官，如能克 服免疫排斥反应，有望用于器官移植。
四、嵌合体研究存在的问题
1、嵌合体组织器宫的特异抗原性
在种内动物嵌合体制备过程中发现，不管是两种胚胎， 还是多种胚胎制成的嵌合胚胎，细胞间均能协调的 生长发育，不发生免疫排斥现象。但是，无论是进 行供体-供体、供体-受体动物间，还是进行嵌合体供体、嵌合体-受体动物间的组织或器官移植，均会 发生强烈的免疫排斥反应。
三、应用前景
(2)研究性分化机理
利用嵌合体可以研究性别分化以及参与性分化的细胞 及其规律。
(3)孤雌生殖
• 利用嵌合体技术，己获得了孤雌生殖小鼠。 • 铃木达行等（1998）通过聚合从日本红牛获取的卵
母细胞的孤雌生殖二倍体胚胎和用荷斯坦母牛卵母 细胞进行IVF的胚胎，获得2死1活3头嵌合体犊牛。
三、应用前景
三、应用前景
3.在动物生产中的应用
(1)人工制造有特殊经济价值的个体 对水貂、狐狸、绒鼠等毛皮动物，利用胚胎嵌合体技 术可以获得用交配或杂交法不能获得的毛皮花色类 型。
(2)种间移植 用于分析胎儿与母体的相互关系，如将斑马的受精卵， 移植到马体内生产斑马（拯救珍稀濒危动物）。
三、应用前景
(3)可作为外源基因的导入方法 把外源目的基因先导入干细胞，再通过胚胎干细胞介 导法将目的基因转入胚胎，这是转基因动物生产中基 因导入的一种重要手段。
6 添加约束，计算。
这仅是个简单演示，具体问题还要涉及到定义材料塑性应力应变数据， 分析的非线性设置，接触的设置等等。
胚胎嵌合技术
内容摘要
➢研究概况 ➢嵌合体的制作 ➢应用前景 ➢嵌合体研究存在的问题
一、研究概况
• 嵌合体(chimera)一词源自希腊文,古希腊神 话中用它代表狮头、羊身、蛇尾这样一些不 同种类动物所拼凑出的怪物。
四、嵌合体研究存在的问题
另外，绵羊和山羊嵌合体的产生，是嵌合体研究的 重大突破。但绵、山羊的嵌合体大多于出生前死亡， 反映了种间嵌合体细胞种细胞分化的限制性问题， 也可能反映了不同种间嵌合胚的发育与受体子宫的 不协调关系，这主要来自以下3个方面的因素：
一是受体胚胎细胞对供体细胞的排斥； 二是两种胚胎细胞在分化、发育和增殖方面的不协调
• 嵌合在生物学上是指同一个体中，基因型相 异的细胞或组织混合存在的状态。
一、研究概况
• 嵌合体动物：现代的胚胎工程技术中，也有一种叫 胚胎嵌合的技术。它是将２个胚胎细胞（同种或异 种动物胚胎）合并，共同发育成１个胚胎，即“嵌 合胚胎”，然后将这个胚胎移植给受体，让其妊娠 产仔。如果产下来的幼仔具有以上２种动物胚胎的 细胞，则称其为“嵌合体动物”。
四、嵌合体研究存在的问题
因此，嵌合组织并没有因为成为嵌合体的一部分而 改变免疫特性，而是在发育过程中，各自细胞的 免疫抗原性表达可能被“掩盖”，因而嵌合体中 不同基因型组织之间或细胞之间并不发生排斥现 象。而一旦离开嵌合体，其特异抗原性又表现出 来。这为将来利用嵌合体生产人用器官造成了很 大障碍
四、嵌合体研究存在的问题
性； 三是受体子宫对嵌合胚胎内异种胚胎的排斥。这些因
素致使试验中出现频率较高的死胎、发育停滞或流 产现象。
2.在免疫学与医学方面的运用
(1)用于免疫功能的分析 通过分析嵌合体中白细胞的免疫应答，可揭示正常的 免疫防御机理。
(2)建立遗传病动物模型 人类大多数遗传疾病，都可以利用嵌合体技术建立特 定的动物模型。
• 艾滋病病毒不能感染小鼠，无法用小鼠作为研究艾滋 病的模型动物。但是如果我们设法让小鼠长有人的免 疫系统，艾滋病病毒就可以感染这种嵌合体小鼠，它 们目前已被用于试验治疗艾滋病的药物。
• 例如，用同一种类的黑鼠和白鼠胚胎嵌合，可生下 黑白相间的花小鼠；不同种类的绵羊和山羊胚胎细 胞嵌合，可生下绵山羊，它既有绵羊的特征，又有 山羊的特征。
一、研究概况
• 美国科学家将人类的干细胞加入到了许多动物的胚 胎中，制造长着人的器官的嵌合体动物，例如猪体 内流着人的血液的“人猪”，羊体内的肝脏80% 的成分属于人类的肝脏的“人羊”，老鼠头颅里加 入人的脑细胞的“人鼠”等。
2 关掉Geometry，双击Mesh打开新窗口，按如下设置。
自动创建流固耦合面，将在Fluent里自动设置为 interface
划分固体网格和流体 网格，因为是有限体 积法，所以单元边不 带中间节点
Named selections命令分别创建 Inlet, outlet和wallout. Wallout用来 定义固体外表面与环境的对流换 热边界条件
设置材料、流相固相、激活
能量方程、湍流模型、边界 条件等。进口流速1m/s, 600K, 出口0pa,wallout定义对 流换热系数5，环境温度 300K。
温度 云图
4 关闭Fluent窗口，返回project schematic界面，右击B Fluent project/Solution →Transfer data to new → static structural, 出现新 的C project, 然后鼠标左击A的Geometry并按住不放，拖放到C的 Geometry上松鼠标，这样出现连接线，A的Geometry可以传递到C中。
三、应用前景
1.在发育及细胞生物学方面的运用
(1)研究胚胎分化规律
• 胚胎嵌合技术是研究分析哺乳动物发生机制的重要手 段之一。将基因型不同的胚胎细胞嵌合在一起，根据 其在嵌合体组织或器官中的分布及存活率情况，研究 胚胎早期分化的规律。
• 同时，通过嵌合胚胎内细胞团以外的细胞，可以研究 各类胚细胞核的全能性及其正常分化能力。
ANSYS-WorkbenchFluent流固耦合传热及
热结构分析
以前本人发了一个贴子，关于Fluent计算的温度如何传递到结构网格上，该 方法已经过时，由于ANSYS Workbench功能的日益强大，建议使用更好、 更简便的方法。案例如下:
1 打开Workbench，tool box/component systems里选mesh,，这是一个外部固体包裹内部管流的 简单模型，仅用于演示步骤。任选一个Part， 在Details of Body里有个选项 Fluid/Solid，需要分别定义好流体和固体
2、种间嵌合体胚胎细胞分化、发育的局限性
不同种间的胚胎聚合形成嵌合体胚胎后，一种胚胎 细胞 (供体)在另一种胚胎内的存活、分化和增殖 会受到极大的限制。
四、嵌合体研究存在的问题
如大鼠和小鼠胚胎嵌合构成的嵌合囊胚的组织学分 析发现，大鼠来源的细胞和小鼠来源的细胞，虽 然都能参与滋养层和ICM的形成，但有倾向性。 大鼠来源的细胞更多地构成滋养层细胞，而小鼠 来源的细胞更多地分化为ICM。而且，异种胚胎 的细胞群并不混合，在任何场合都形成一定的群 体。这一事实表明，卵裂球在嵌合胚中的移动是 相当受限的。
一、研究概况
• 不同的物种也可以形成嵌合体。 • 例如把两个来自异种动物的胚胎嵌合成一个胚胎，就可
以培育出异种嵌合体动物，像绵羊-山羊嵌合体、马-斑 马嵌合体等都已培育成功。 • 许多心脏病患者移植了猪或牛的瓣膜，也是异种嵌合体。 • 重组DNA技术、转基因技术事实上也都是在制造分子层 次上的嵌合体。
数孪生子体内都携带着某些来自其同胞的细胞，他们 都是嵌合体。 • 在胎儿发育过程中，母体和胎儿也会发生细胞交流 （从孕妇血液中可检测到胎儿的细胞），多数母亲体 内终生携带着她们生下的子女的某些细胞，许多人体 内也携带着他们的母亲的某些细胞，这些母亲、子女 也都是嵌合体。 • 那些接受器官移植的人，更全都是嵌合体。
5 双击C的model,打开分析窗口，创建网格，关键：在Static structural下面有 imported Load(solution), 右击insert → Body Temperature, 会出现进度条， 稍等则在左下角出现下列图片，Geometry选中固体，CFD Domain选Solid，此 时Imported Body Temperature前出现闪电符号，右击选Import Load， Fluent计算的温度载荷就插值到新划分的有限元网格上。
二、嵌合体的制作
1、囊胚显微注射法：
用显微操作技术将供胚的全部内细胞团注入除去部 分内细胞团的受胚囊胚腔中，或将供胚的部分内细 胞团注入受胚的囊胚腔中，也可以向受胚囊胚腔中 （或卵周间隙）注入16细胞至桑甚胚的卵裂球、胚 胎干细胞或已分化的细胞，使其发育为嵌合胚胎的 方法即为囊胚注入法。
二、嵌合体的制作
2、聚合法：
是指将去除透明带的两枚8细胞至桑葚期胚胎，或来 自两个不同胚胎的卵裂球，或卵裂球与胚胎聚合在 一起的方法。
采用酶消化法去除透明带：
0.2-0.5％链霉蛋白酶在25-27℃下处理3min，移入 含BSA（牛血清白蛋白）的培养液中终止酶的消化 作用，用培养液洗净卵子（三次）。
二、嵌合体的制作
二、嵌合体的制作
卵裂球与胚胎聚合：
将解离好的卵裂球慢慢释放于另一个裸胚的正上方， 使二者直接接触，借助于PHA的作用使之聚合。
二、嵌合体的制作
两种方法的比较：
• 聚合法：聚合法适用于同种、发育阶段处于同步或 者差距不大的胚胎。通常情况下,8-细胞期的聚合率 最高。
• 囊胚注射法：囊胚注射法难度较大,但适用面更广, 可用于种内和种间嵌合,供体和受体发育阶段可同步 也可不同步。对于不能去除透明带的动物,如兔等 (着床前需要透明带),只有用囊胚法制作嵌合体。
裸胚聚合：
移入胚胎联结液小滴（植物凝集素A，PHA，起粘合 作用）中，培养10-20min，将融合胚轻轻移入 20% PBS中洗涤两次，继续培养5h-10h后，移植 入同期发情的受体输卵管或子宫角中。
卵裂球聚合：
取相同数量的两个不同种属的卵裂球装入空的透明带 内，加入PHA使其聚合，用琼脂包埋后体外直接培养 或移入兔输卵管中使其发育至囊胚，最后再移入受体 子宫角内。
3 关闭Meshing 窗口返回到project schematic界面，右击Mesh→Transfer Data To New → Fluent, 将建立Fluent的分析项目。
此时Mesh后面变为闪电符号，需右击它再点菜单中update
右击点update,闪 电符号变为勾号
双击Setup，打开Fluent窗口，
• “它们所带给人类社会的恐惧，早已超越了人类认 知的界限和人类对科学成果的接纳空间”。
一、研究概况
• “嵌合体”是在生物界非常普遍的自然现象。 • 孪生子在同一个子宫中发育时会发生细胞交流，大多
(4)生产移植器官 人兔胚胎嵌合体：将来发育成某种特定器官，如能克 服免疫排斥反应，有望用于器官移植。
四、嵌合体研究存在的问题
1、嵌合体组织器宫的特异抗原性
在种内动物嵌合体制备过程中发现，不管是两种胚胎， 还是多种胚胎制成的嵌合胚胎，细胞间均能协调的 生长发育，不发生免疫排斥现象。但是，无论是进 行供体-供体、供体-受体动物间，还是进行嵌合体供体、嵌合体-受体动物间的组织或器官移植，均会 发生强烈的免疫排斥反应。
三、应用前景
(2)研究性分化机理
利用嵌合体可以研究性别分化以及参与性分化的细胞 及其规律。
(3)孤雌生殖
• 利用嵌合体技术，己获得了孤雌生殖小鼠。 • 铃木达行等（1998）通过聚合从日本红牛获取的卵
母细胞的孤雌生殖二倍体胚胎和用荷斯坦母牛卵母 细胞进行IVF的胚胎，获得2死1活3头嵌合体犊牛。
三、应用前景
三、应用前景
3.在动物生产中的应用
(1)人工制造有特殊经济价值的个体 对水貂、狐狸、绒鼠等毛皮动物，利用胚胎嵌合体技 术可以获得用交配或杂交法不能获得的毛皮花色类 型。
(2)种间移植 用于分析胎儿与母体的相互关系，如将斑马的受精卵， 移植到马体内生产斑马（拯救珍稀濒危动物）。
三、应用前景
(3)可作为外源基因的导入方法 把外源目的基因先导入干细胞，再通过胚胎干细胞介 导法将目的基因转入胚胎，这是转基因动物生产中基 因导入的一种重要手段。
6 添加约束，计算。
这仅是个简单演示，具体问题还要涉及到定义材料塑性应力应变数据， 分析的非线性设置，接触的设置等等。
胚胎嵌合技术
内容摘要
➢研究概况 ➢嵌合体的制作 ➢应用前景 ➢嵌合体研究存在的问题
一、研究概况
• 嵌合体(chimera)一词源自希腊文,古希腊神 话中用它代表狮头、羊身、蛇尾这样一些不 同种类动物所拼凑出的怪物。
四、嵌合体研究存在的问题
另外，绵羊和山羊嵌合体的产生，是嵌合体研究的 重大突破。但绵、山羊的嵌合体大多于出生前死亡， 反映了种间嵌合体细胞种细胞分化的限制性问题， 也可能反映了不同种间嵌合胚的发育与受体子宫的 不协调关系，这主要来自以下3个方面的因素：
一是受体胚胎细胞对供体细胞的排斥； 二是两种胚胎细胞在分化、发育和增殖方面的不协调
• 嵌合在生物学上是指同一个体中，基因型相 异的细胞或组织混合存在的状态。
一、研究概况
• 嵌合体动物：现代的胚胎工程技术中，也有一种叫 胚胎嵌合的技术。它是将２个胚胎细胞（同种或异 种动物胚胎）合并，共同发育成１个胚胎，即“嵌 合胚胎”，然后将这个胚胎移植给受体，让其妊娠 产仔。如果产下来的幼仔具有以上２种动物胚胎的 细胞，则称其为“嵌合体动物”。
四、嵌合体研究存在的问题
因此，嵌合组织并没有因为成为嵌合体的一部分而 改变免疫特性，而是在发育过程中，各自细胞的 免疫抗原性表达可能被“掩盖”，因而嵌合体中 不同基因型组织之间或细胞之间并不发生排斥现 象。而一旦离开嵌合体，其特异抗原性又表现出 来。这为将来利用嵌合体生产人用器官造成了很 大障碍
四、嵌合体研究存在的问题
性； 三是受体子宫对嵌合胚胎内异种胚胎的排斥。这些因
素致使试验中出现频率较高的死胎、发育停滞或流 产现象。
2.在免疫学与医学方面的运用
(1)用于免疫功能的分析 通过分析嵌合体中白细胞的免疫应答，可揭示正常的 免疫防御机理。
(2)建立遗传病动物模型 人类大多数遗传疾病，都可以利用嵌合体技术建立特 定的动物模型。
• 艾滋病病毒不能感染小鼠，无法用小鼠作为研究艾滋 病的模型动物。但是如果我们设法让小鼠长有人的免 疫系统，艾滋病病毒就可以感染这种嵌合体小鼠，它 们目前已被用于试验治疗艾滋病的药物。
• 例如，用同一种类的黑鼠和白鼠胚胎嵌合，可生下 黑白相间的花小鼠；不同种类的绵羊和山羊胚胎细 胞嵌合，可生下绵山羊，它既有绵羊的特征，又有 山羊的特征。
一、研究概况
• 美国科学家将人类的干细胞加入到了许多动物的胚 胎中，制造长着人的器官的嵌合体动物，例如猪体 内流着人的血液的“人猪”，羊体内的肝脏80% 的成分属于人类的肝脏的“人羊”，老鼠头颅里加 入人的脑细胞的“人鼠”等。
2 关掉Geometry，双击Mesh打开新窗口，按如下设置。
自动创建流固耦合面，将在Fluent里自动设置为 interface
划分固体网格和流体 网格，因为是有限体 积法，所以单元边不 带中间节点
Named selections命令分别创建 Inlet, outlet和wallout. Wallout用来 定义固体外表面与环境的对流换 热边界条件
设置材料、流相固相、激活
能量方程、湍流模型、边界 条件等。进口流速1m/s, 600K, 出口0pa,wallout定义对 流换热系数5，环境温度 300K。
温度 云图
4 关闭Fluent窗口，返回project schematic界面，右击B Fluent project/Solution →Transfer data to new → static structural, 出现新 的C project, 然后鼠标左击A的Geometry并按住不放，拖放到C的 Geometry上松鼠标，这样出现连接线，A的Geometry可以传递到C中。
三、应用前景
1.在发育及细胞生物学方面的运用
(1)研究胚胎分化规律
• 胚胎嵌合技术是研究分析哺乳动物发生机制的重要手 段之一。将基因型不同的胚胎细胞嵌合在一起，根据 其在嵌合体组织或器官中的分布及存活率情况，研究 胚胎早期分化的规律。
• 同时，通过嵌合胚胎内细胞团以外的细胞，可以研究 各类胚细胞核的全能性及其正常分化能力。
ANSYS-WorkbenchFluent流固耦合传热及
热结构分析
以前本人发了一个贴子，关于Fluent计算的温度如何传递到结构网格上，该 方法已经过时，由于ANSYS Workbench功能的日益强大，建议使用更好、 更简便的方法。案例如下:
1 打开Workbench，tool box/component systems里选mesh,，这是一个外部固体包裹内部管流的 简单模型，仅用于演示步骤。任选一个Part， 在Details of Body里有个选项 Fluid/Solid，需要分别定义好流体和固体
2、种间嵌合体胚胎细胞分化、发育的局限性
不同种间的胚胎聚合形成嵌合体胚胎后，一种胚胎 细胞 (供体)在另一种胚胎内的存活、分化和增殖 会受到极大的限制。
四、嵌合体研究存在的问题
如大鼠和小鼠胚胎嵌合构成的嵌合囊胚的组织学分 析发现，大鼠来源的细胞和小鼠来源的细胞，虽 然都能参与滋养层和ICM的形成，但有倾向性。 大鼠来源的细胞更多地构成滋养层细胞，而小鼠 来源的细胞更多地分化为ICM。而且，异种胚胎 的细胞群并不混合，在任何场合都形成一定的群 体。这一事实表明，卵裂球在嵌合胚中的移动是 相当受限的。
一、研究概况
• 不同的物种也可以形成嵌合体。 • 例如把两个来自异种动物的胚胎嵌合成一个胚胎，就可
以培育出异种嵌合体动物，像绵羊-山羊嵌合体、马-斑 马嵌合体等都已培育成功。 • 许多心脏病患者移植了猪或牛的瓣膜，也是异种嵌合体。 • 重组DNA技术、转基因技术事实上也都是在制造分子层 次上的嵌合体。
数孪生子体内都携带着某些来自其同胞的细胞，他们 都是嵌合体。 • 在胎儿发育过程中，母体和胎儿也会发生细胞交流 （从孕妇血液中可检测到胎儿的细胞），多数母亲体 内终生携带着她们生下的子女的某些细胞，许多人体 内也携带着他们的母亲的某些细胞，这些母亲、子女 也都是嵌合体。 • 那些接受器官移植的人，更全都是嵌合体。
5 双击C的model,打开分析窗口，创建网格，关键：在Static structural下面有 imported Load(solution), 右击insert → Body Temperature, 会出现进度条， 稍等则在左下角出现下列图片，Geometry选中固体，CFD Domain选Solid，此 时Imported Body Temperature前出现闪电符号，右击选Import Load， Fluent计算的温度载荷就插值到新划分的有限元网格上。
二、嵌合体的制作
1、囊胚显微注射法：
用显微操作技术将供胚的全部内细胞团注入除去部 分内细胞团的受胚囊胚腔中，或将供胚的部分内细 胞团注入受胚的囊胚腔中，也可以向受胚囊胚腔中 （或卵周间隙）注入16细胞至桑甚胚的卵裂球、胚 胎干细胞或已分化的细胞，使其发育为嵌合胚胎的 方法即为囊胚注入法。
二、嵌合体的制作
2、聚合法：
是指将去除透明带的两枚8细胞至桑葚期胚胎，或来 自两个不同胚胎的卵裂球，或卵裂球与胚胎聚合在 一起的方法。
采用酶消化法去除透明带：
0.2-0.5％链霉蛋白酶在25-27℃下处理3min，移入 含BSA（牛血清白蛋白）的培养液中终止酶的消化 作用，用培养液洗净卵子（三次）。
二、嵌合体的制作
二、嵌合体的制作
卵裂球与胚胎聚合：
将解离好的卵裂球慢慢释放于另一个裸胚的正上方， 使二者直接接触，借助于PHA的作用使之聚合。
二、嵌合体的制作
两种方法的比较：
• 聚合法：聚合法适用于同种、发育阶段处于同步或 者差距不大的胚胎。通常情况下,8-细胞期的聚合率 最高。
• 囊胚注射法：囊胚注射法难度较大,但适用面更广, 可用于种内和种间嵌合,供体和受体发育阶段可同步 也可不同步。对于不能去除透明带的动物,如兔等 (着床前需要透明带),只有用囊胚法制作嵌合体。
裸胚聚合：
移入胚胎联结液小滴（植物凝集素A，PHA，起粘合 作用）中，培养10-20min，将融合胚轻轻移入 20% PBS中洗涤两次，继续培养5h-10h后，移植 入同期发情的受体输卵管或子宫角中。
卵裂球聚合：
取相同数量的两个不同种属的卵裂球装入空的透明带 内，加入PHA使其聚合，用琼脂包埋后体外直接培养 或移入兔输卵管中使其发育至囊胚，最后再移入受体 子宫角内。
3 关闭Meshing 窗口返回到project schematic界面，右击Mesh→Transfer Data To New → Fluent, 将建立Fluent的分析项目。
此时Mesh后面变为闪电符号，需右击它再点菜单中update
右击点update,闪 电符号变为勾号
双击Setup，打开Fluent窗口，