CN116159434A - 流速率均衡的分布式液流系统 - Google Patents

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Abstract

构造了分布式液流系统，在所述系统中，流从系统入口扩散出去并通过多个离散且较小的流动通道横穿系统，以将从系统入口到流动通道进口的流动阻力引起的压降变化最小化。因为在流动通道进口处的流动驱动压力将更加均匀，所以沿着通道的流动将更加均匀。所公开的实施例可特别适合或有利于用在气体交换/人工肺装置中。

Description

流速率均衡的分布式液流系统
本申请是以下申请的分案申请：申请日：2019年8月1日；申请号：201980050382.X；发明名称“流速率均衡的分布式液流系统”。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年8月3日提交的美国临时申请62/714,353的权益，将该美国临时申请通过引用以其全文并入本文。
技术领域
本申请涉及液流系统，在所述液流系统中，液体以分布式方式(即，通过大量的通道)流动，以从上游位置流向下游位置。
背景技术
在某些系统中(包括但不限于在液体与气体之间交换分子的系统)，从一个位置流向另一位置的一定量的液体分布在大量的离散液流通道之间。
图1描绘了现有技术的气体交换系统，其中流从右向左行进。所述系统包括多个均匀的流动通道9，在此处发生气体交换(即，在流动通道9内的液体与围绕流动通道9的气体之间的分子交换)。任何给定的流动通道的总流动路径包括穿过系统入口20的第一部分、在系统入口20与每个流动通道9的入口之间的第二扩展部分21、以及穿过每个入口9本身的第三部分。
通过这种布置，从系统入口20到给定通道9的入口的流动路径部分的长度将根据通道的位置而变化。因而，位于中心的通道9的进口将比到更偏轴通道9的进口更靠近系统入口20。因此，流动路径1比流动路径2长，并且假设第二部分21具有均匀的宽度(在平坦或平面的流分布布置的情况下)，沿给定流动路径的流动阻力将相应地变化。例如，沿流动路径1的总阻力将大于沿流动路径2的总阻力。因此，即使所有的流动通道9具有相同的尺寸和相同的流动阻力，液体也将不会均匀地进入各个通道9，并且沿着各通道9中的每一个通道的液体速度以及因此沿给定通道9的长度发生的过程(诸如通过流动或气体交换进行的材料运输)的效果将因通道不同而变化。
当最慢通道的流速率与最快通道的流速率之间的变化太大时，可能会导致问题。更具体地说，如果给定通道中的停留时间太短，则将没有足够的时间进行有效的气体交换。另一方面，如果给定通道中的停留时间太长，则会降低系统的整体容量。另外，在系统的初始填充期间，如果一些通道的流动阻力明显高于其他通道，则那些高阻力通道可能永远不会填满流体，从而降低了系统的整体容量。最后，在通过通道9的流体是血液的情况下，每当任何给定通道中的流速率太慢时，都有凝结的风险。
发明内容
本发明的一方面涉及一种第一分布式流动液流系统。所述第一系统包括具有上游侧和下游侧的气体交换板。所述板具有过渡区域，所述过渡区域包括在从所述板的所述上游侧到所述板的所述下游侧在第一方向上延伸穿过所述板的至少1000个液流通道。所述过渡区域具有长度和宽度，其中，所述板被构造成使得气体可以渗透到所述板的在所述液流通道外部的部分。所述第一系统还包括位于所述板的所述上游侧的、与所述过渡区域相邻的分配池气室。所述分配池气室的形状和尺寸被设计成将液体传送到所述过渡区域的整个上游侧，其中，所述分配池气室至少与过渡区域一样宽。所述第一系统还包括位于所述板的所述下游侧的、与所述过渡区域相邻的收集池气室。所述收集池气室的形状和尺寸被设计成接收已经通过所述过渡区域的液体，其中，所述分配池气室至少与所述过渡区域一样宽。所述第一系统还包括位于所述分配池气室的上游的液体分配通道。所述液体分配通道具有跨所述过渡区域的宽度方向延伸的细长的液体输送开口，并且所述液体输送开口被定位成将液体输送到所述分配池气室。所述第一系统还包括位于所述收集池气室的下游的液体收集通道。所述液体收集通道具有跨所述过渡区域的宽度方向延伸的细长的液体收集开口，并且所述液体收集开口被定位成从所述收集池气室接收液体。所述第一系统还包括：液体输入端口，所述液体输入端口被设置成与所述液体分配通道流体连通；液体输出端口，所述液体输出端口被设置成与所述液体收集通道流体连通；以及至少一个气体端口，所述至少一个气体端口被设置成与所述板的在所述液流通道外部的部分流体连通。
在所述第一系统的一些实施例中，所述液体分配通道位于所述分配池气室的足够上游，以形成从所述液体输送开口延伸到所述分配池气室的前缘的分配池气室进料器部分，在所述进料器部分上方，从所述液体输送开口离开的液流在进入所述分配池气室之前变得基本均匀。
在所述第一系统的一些实施例中，所述液体收集通道位于所述收集池气室的足够下游，以形成从所述收集池气室的后缘延伸至所述液体收集开口的收集池气室流出部分，从而在液体离开所述收集池气室时保持基本均匀的液流。
在所述第一系统的一些实施例中，所述液体输送开口的宽度沿着所述液体分配通道的长度从液体进入位置到远端变化，以保持液体沿着所述液体分配通道的长度离开所述液体分配通道的速度均匀。
在所述第一系统的一些实施例中，所述液体收集开口的宽度沿着所述液体收集通道的长度从远端到液体离开位置变化，以保持液体沿着所述液体收集通道的长度进入所述液体收集通道的速度均匀。
在所述第一系统的一些实施例中，所述液体分配通道具有液体入口，所述液体收集通道具有液体出口，并且所述液体入口和所述液体出口在宽度和长度方向上都位于所述过渡区域的相对侧。
在所述第一系统的一些实施例中，所述液体是血液，并且所述气体包括空气。在所述第一系统的一些实施例中，所述液体是血液，并且所述气体包括氧气。
在所述第一系统的一些实施例中，所述板包括由至少一百万个竖直取向的纳米管组成的域，其中，所述液流通道在所述域内包括竖直空隙，所述空隙的直径在2μm与500μm之间。所述竖直取向的纳米管被定位成靠在一起足够近，以将所述液体保留在所述空隙中，并且所述竖直取向的纳米管被定位成分开足够远，使得气体可以到达所述液流通道。
在所述第一系统的一些实施例中，所述至少一个气体端口包括输入气体端口和输出气体端口，所述输入气体端口被构造成将所述气体供应到所述板的在所述液流通道外部的所述部分，所述输出气体端口被构造成从所述板的在所述液流通道外部的所述部分排放所述气体。
在所述第一系统的一些实施例中，所述分配池气室具有恒定的高度。可选地，在这些实施例中，所述收集池气室可以具有恒定的高度。
在所述第一系统的一些实施例中，所述分配池气室具有倾斜的顶。
本发明的另一方面涉及一种第二分布式流动液流系统。所述第二系统包括系统入口、系统出口和多个液流通道。这些液流通道被布置成输送液体沿着从所述系统入口延伸到所述系统出口的多个流动路径流动，其中每个所述液流通道具有基本相同的长度、基本相同的流动阻力、通道入口和通道出口。所述通道入口与所述系统入口间隔开并且相对于所述系统入口以分布式构造布置。所述液流通道被布置成其入口全部距所述系统入口基本相同的距离，使得从所述系统入口到所述通道入口的流动阻力以及因此的流动跨所述系统入口与所述通道入口之间的空间基本上是均匀的。
在所述第二系统的一些实施例中，所述液流通道彼此平行地布置，所述通道入口全部沿着以所述系统入口为中心的恒定半径的曲线定位，从而位于距所述系统入口基本相同的距离处。在这些实施例中，所述液流通道可全部位于包含所述系统入口的一平面内，并且所述恒定半径的曲线为位于所述平面内的弧线。替代地，在这些实施例中，所述液流通道可位于三维圆柱形区域内，并且所述恒定半径的曲线是由球心角体的帽盖部分限定的弯曲表面。
本发明的另一方面涉及一种第三分布式流动液流系统。所述第三系统包括系统入口、系统出口和多个液流通道。这些液流通道被布置成输送液体沿着从所述系统入口延伸到所述系统出口的多个流动路径流动，其中每个所述液流通道具有基本相同的长度、基本相同的流动阻力、通道入口和通道出口。所述通道入口与所述系统入口间隔开并且相对于所述系统入口以分布式构造布置。所述液流通道彼此平行地布置并且在液体流动方向上延伸，并且穿过所述系统入口且在所述液体流动方向上延伸的线限定了流轴。逐渐远离所述流轴的液流通道的通道入口逐渐靠近所述系统入口，以补偿与位于更靠近系统边界的流、而不是位于更中心的自由流相关的增加的流动阻力和压降，从而跨所述系统入口与所述通道入口之间的空间保持基本均匀的流动阻力以及因此的流动。
在所述第三系统的一些实施例中，所述液流通道全部位于一平面内。可选地，在这些实施例中，在所述流轴的每一侧的所述液流通道的所述入口彼此对准。
在所述第三系统的一些实施例中，所述液流通道位于圆柱形区域内。可选地，在这些实施例中，所述液流通道的入口全部沿着一圆锥形表面排列。
附图说明
图1是展示了根据现有技术的多通道分布式液流系统中的流动路径的长度随位置变化的示意图。
图2是展示了多通道分布式液流系统的第一实施例的示意图。
图3是展示了多通道分布式液流系统的第二实施例的示意图。
图4是展示了多通道分布式液流系统的第三实施例的示意图。
图5是多通道分布式液流系统的第四实施例的透视示意图。
图6是图5实施例的截面。
图7A是图6实施例的从图6中标记为7A的虚线上方俯视的示意视图。
图7B是图6实施例的从图6中标记为7B的虚线下方仰视的示意视图。
图8是通过图5至图7实施例的两个不同流动路径的示意表示。
图9描绘了通过图5至图7实施例的模拟流动模式。
图10和图11是展示了针对图5至图7实施例的流动偏差的曲线图。
具体实施方式
如本文所公开的分布式液流系统的实施例在与气体交换/人工肺单元有关的方面可以具有特定的效用，包括但不限于美国专利9,138,522和9,827,534中公开的系统，所述美国专利通过引用并入本文。这些专利公开了这样的系统：在所述系统中，沿着其进行呼吸气体交换的流动通道形成为在密集堆积的碳纳米管的域内的空隙。
图2描绘了分布式流动液流系统的第一实施例，其减小了通过系统的各个通道的流速率的变化。流从右向左行进。该实施例包括多个液流通道29，每个液流通道具有相同的长度和流动阻力。气体交换在这些液流通道29中发生(即，在流动通道29内的液体与围绕流动通道29的气体之间的分子交换)。在该实施例中，各个液流通道29彼此平行地布置，使其各自的入口沿着恒定半径的曲线(例如，以系统入口20的左侧为中心的弧线)定位。这将通向所有液流通道29的开口放置在距系统入口相同的距离处，使得当液体通过扇形流动分散区域22散开并进入各种流动通道时，流必须穿过相同的距离，而与任何给定通道的入口位置无关。每个液流通道29的出口排空到公共收集池中。
因而，在该实施例中，从系统入口20到液流通道29之一的进口的流动路径3的长度将与从系统入口20到系统中任何其他流动通道29的进口的流动路径4的长度基本相同。因此，假设扇形流动分散区域22具有恒定的宽度(在进入和离开页面平面的方向上)，那么沿着从系统入口20进入任何一个给定液流通道29的任何给定流动路径的总流动阻力与图1的情况相比将更加均匀。因此，沿着任何给定流动路径的压降将更加均匀，使得在所有液流通道29的进口处的流动驱动压头将更加均匀。这进而导致更均匀地流入并沿着液流通道29流动，从而减小了沿所有液流通道29的变化。
图2中所展示的构造为平面的。然而，相同的定长概念也可以在三维结构中实现。在那种情况下，流动通道的入口所沿的恒定半径的曲线将由球心角体的帽盖部分限定。
图3描绘了分布式流动液流系统的另一实施例，其减小了通过系统的各个通道的流速率的变化。气体交换在液流通道39中发生(即，在流动通道39内的液体与围绕流动通道39的气体之间的分子交换)。流从右向左行进。在该实施例中，各个液流通道39彼此平行地布置，并且每个液流通道39具有相同的直径和长度以及因此的流动阻力，并排空到公共收集池中，如以上结合图2所描述的实施例一样。然而，在该图3实施例中，从系统入口20到各个液流通道39的进口的流动路径的长度根据通道的位置而变化。
特别地，到通道39的、距系统的中心流轴(即，延伸穿过系统入口20并平行于液流通道39的线)更远的流动路径比到通道39的、位置更居中的(即，更靠近系统的中心流轴)的流动路径要短。因而，例如，沿着并靠近流动分散区域23的周壁延伸的流动路径5的长度小于穿过流动分散区域23的中心的流动路径6的长度，在所述流动分散区域的中心，流动本质上是更自由的流。
流动路径长度的这种变化优选地被构造成至少部分地补偿当液体沿着流动分散区域23的周壁流动时由于摩擦而产生的更大阻力，这导致抛物线状边界层速度分布。通过相对于到更偏轴通道39的流动路径的长度增加更中心流动路径的长度，相对于如果所有流动路径的长度都相等时会发生的情况，沿着中心流动路径所经历的总阻力以及因此的压降得以增加。因此，液体以更均匀的压力进入各个液流通道39，使得沿着所有通道39的流动将更加均匀。
如本领域技术人员将理解的，通道入口的特定位移的几何性质将取决于系统设计所针对的液体的粘度，壁特性等。此外，图3中所展示的构造是平面的。然而，也可以通过改变包括所有通道入口的3D表面的形状，在3D构造中实现相同的阻力补偿变流长度概念。例如，包括所有通道入口的3D表面可以具有圆锥形状。
图4描绘了另一实施例，其被构造成减小通过系统的各个通道的流速率的变化。流从右向左行进。多个相同的液流通道49分布在系统的中空圆柱形区段32的整个壁上。气体交换在这些液流通道49中发生(即，在流动通道49内的液体与围绕流动通道49的气体之间的分子交换)。注意，虽然为了清楚起见在图4中仅明确展示了三个液流通道49，但实际的系统将具有更大数量(例如，数千或数十万)的液流通道49。液流通道49彼此平行地布置并且与系统的旋转对称中心轴线径向地间隔开。在替代实施例(未示出)中，通道承载区段可以形成为实心圆柱体，只要所有的流动通道都设置在圆柱体的外围附近，并且实心圆柱体的截面区域的中心部分不包含任何流动通道，以对应于图4中所描绘的中心芯体30(其不包含任何流动通道)。
流动分散区段24具有双壁漏斗形状，从系统入口20向外朝向包含液流通道49的圆柱形区段32开口。流动分散区段24的双壁构造将流动限制在内壁与外壁之间，例如沿着流动路径31。
如图4中进一步展示的，系统的流动分散区段24与系统的包含流动通道的圆柱形区段32在一平面处相交，并且液流通道49的入口端全部沿该相交平面定位。因此，除了沿流动分散区段24的径向内壁的流动与沿流动分散区段24的径向外壁的流动之间的流动长度的微小变化之外，所有流动路径31的、从系统入口20到液流通道49进口的长度将是相同的。如在上述实施例中一样，这导致从系统入口20到流动通道入口的流动贯穿系统的整个流体分散区段24的圆周上的压降更加均匀。这进而减小了通过液流通道49的流速率的变化。
图5至图7描绘了另一气体交换器实施例，其减小了系统中各液流通道之间的流速率的变化。在该实施例中，在液体与气体之间交换分子，并且这种交换发生在一个或多个板17中。
每个板17可以由定位在基板上的非常大量(例如，数百万或数十亿)的竖直排列的纳米管形成，其排列类似于森林中树木的竖直排列方式或田野中麦秆的排列方式。大量(例如，数千或数十万)的优选相同的竖直液流通道穿过此纳米管林/域(forest/field)，并且这些竖直的液流通道可以类比于森林中的空地或田野中的未种植区域。液流通道足够宽，以使相关的液体在竖直方向上流动，并且纳米管被间隔靠在一起足够近，以将液体保留在液流通道内。基板中的开口设置在每个液流通道的下方。在美国专利9,138,522中描述了这种板的示例，所述美国专利通过引用以其全文并入本文。
替代地，每个板17可以由非常大量(例如，数百万或数十亿)的互连的竖直排列的纳米管形成，其中纳米管之间的互连足以将板保持在一起而不需要基板(在这种情况下，可以去除最初在其上生长纳米管的基板)。在K.Strobl等人的“c-VACNTTM Enabled FluidReactor Innovations[c-VACNTTM实现的流体反应器创新]”(2019年6月)；L.Ping等人的“Vertically aligned carbon nanotube arrays as a thermal interface material[竖直排列的碳纳米管阵列作为热界面材料]”,APL Mater.7,020902(2019)；doi:10.1063/1.5083868(2019年2月)；以及在Yang Li等人的“Transfer of vertically alignedcarbon nanotube arrays onto flexible substrates for gecko-inspired dryadhesive application[将竖直排列的碳纳米管阵列转移到柔性基板上以用于仿壁虎干式胶粘剂应用]”,RSC Advances，第58期(2015年5月)中描述了这种板的示例。如在先前的变型中，当使用气体交换板的这种变型时，大量(例如，数千或数十万)的优选相同的竖直液流通道穿过纳米管林。而且这里再次地，液流通道足够宽，以使相关的液体在竖直方向上流动，并且纳米管被间隔靠在一起足够近，以将液体保留在液流通道内。
无论使用哪种板17，液体都将通过竖直的液流通道竖直地流动，而将与液体交换分子的气体则渗透到纳米管之间的空间(类似于空气渗透穿过森林的方式)。由于域/林中的纳米管密集地堆积，因此它们对气体的水平流动表现出明显的阻力。因此，为了确保气体到达液流通道，在一些实施例中，可以将无纳米管的导管可选地包括在板17中。在这些实施例中，通过气体流过导管与从导管扩散到附近液流通道的组合，气体将渗透到液流通道的边界。
如美国专利9,138,522中所解释的，基于纳米管的气体交换板特别适合于血液充氧。在这种情况下，穿过板17的液流通道应足够宽(例如，在2μm与500μm之间)，使得血液的所有成分(包括血小板、红血球和白血球)都适合通过液流通道，并且纳米管间隔得足够近，以将等离子体保留在液流通道内。
多个(例如，数千或数十万)液流通道59竖直地穿过板17，并且板17被“夹在”板状输入歧管60与板状输出歧管70之间(如在图5和图6中最佳所见的)。
如图6中所展示的，输入歧管60和输出歧管70各具有形成腔的凹部，所述凹部分别在液流通道59的上游侧形成分配池气室13且在液流通道59的下游侧形成收集池气室16。
图7A和图7B是图6视图的、分别从标记为7A的虚线上方俯视和从标记为7B的虚线下方仰视的截面的示意性表示。板17的、液体流过的部分在本文中称为过渡区域50。该过渡区域50包括大量(例如，数千或数十万)的竖直取向的液流通道59。在一些实施例中，穿过板17的所有通道都被定位在过渡区域50内。在替代实施例中，穿过板17的另外的通道(未示出)位于过渡区域50的外部，但是由于其他部件(例如，分配池气室13和收集池气室16)定位在系统内，液体不会流过那些另外的通道。
过渡区域50具有长度l和宽度w。过渡区域50内的液流通道59垂直于板17的表面。液流通道59的密度将取决于液流通道的性质。例如，在使用在那些域中具有空隙的纳米管域实现的血液充氧器中，可以使用直径在2μm与500μm之间的液流通道，并且那些通道可以在10μm与2500μm之间的中心处间隔开。
注意，在基于纳米管的实施例中，当诸如水溶液的极性液体(亲水性)通过液流通道时，纳米管优选地保持其天然疏水状态以防止液体从通道逸出。在这种情况下，纳米管的疏水性和液体(水)表面张力有助于通道内的液体容纳。在替代实施例中，当诸如油的非极性液体(疏水性)通过那些通道时，优选地并入使液流通道的边界疏水的改性。
分配池气室13和收集池气室16的宽度与过渡区域50的宽度相比一样宽或更宽。另外，分配池气室13和收集池气室16各自至少与过渡区域50一样长。在一些实施例中，分配池气室13和收集池气室16各自明显长于过渡区域50，以便形成如图7A中最佳所见的位于过渡区域50上游的分配池气室进料器部分52、和图7B中最佳所见的位于过渡区域50下游的收集池气室流出部分54。
如在图5和图6中最佳所见的，系统入口形成为细长的分配通道18，所述分配通道形成在输入歧管60中、在分配池气室13上游的位置处，该分配通道在系统的宽度方向上延伸，即沿着过渡区域50的宽度方向延伸(见图7A)。类似地，系统出口形成为细长的液体收集通道40，所述液体收集通道形成在输出歧管70中、在收集池气室16下游的位置处，在系统的宽度方向上延伸(见图7B)。在一些实施例中，分配通道18和液体收集通道40均为管状。
液体输送开口12(其在所展示的实施例中通常为狭缝形的)沿着分配通道18的长度延伸并且位于通道18的壁上，以便跨分配池气室13的整个宽度将液体输送到分配池气室13。液体输送开口12可以直接排空到分配池气室13中，如图6中所描绘的，或者其可以在设置有分配池气室进料器部分52的情况下排空到这种进料器部分中。类似地，液体收集开口19(其在所展示的实施例中也通常为狭缝形的)沿着液体收集通道40的长度延伸并且位于通道40的壁上，以便跨收集池气室16的整个宽度从收集池气室16接收液体。液体收集开口19可以直接从收集池气室16接收液体，如图6中所描绘的，或者其可以在设置有收集池气室流出部分54的情况下从这种流出部分接收液体。
如图5中最佳所见的，液体(例如，血液)在系统的左前角处的进入端口41处进入并流入分配通道18。然后它通过液体输送开口12离开分配通道18。离开液体输送开口12的液体将向右流动。该流将具有平面形状，并且可选的分配池气室进料器部分52(如果设置的话)的存在将特别有助于将流向右分配，并允许其在到达过渡区域50的前缘之前变得均匀。在一些实施例中，液体输送开口12被成形为使得其对流经其的阻力将补偿沿着分配通道18的压降，从而保持均匀的流动。例如，液体输送开口12在分配通道18的下游端处可以比在上游端处宽，以便在下游端呈现较小的流动阻力(在下游端处，沿分配通道18的压力将更低)；这允许流沿着分配通道18的长度以基本相同的速率流出分配通道。
然后，液体将填充分配池气室13，其可以具有恒定的高度以便提供完全长方体的体积。在替代实施例(未示出)中，分配池气室13的顶是倾斜的。分配池气室13中的液体然后将竖直地流过液流通道59，所述液流通道穿过板17进入收集池气室16。
同时，如上所解释的，当液体竖直地通过板17中的液流通道59时，气体(例如，空气、氧气等)垂直于竖直方向渗透到板的位于液流通道外部的部分中，使得可以在液流通道的边界处发生血液与气体之间的分子交换。
通过被设置成与板的在液流通道外部的部分流体连通的至少一个气体端口，气体被提供到这些部分。在一些实施例中，所述至少一个气体端口包括第一气体端口和第二气体端口，所述第一气体端口被构造成将气体供应到板的在所述液流通道外部的所述部分，所述第二气体端口被构造成从板的在所述液流通道外部的所述部分排放气体。如以上指出的，气体将通过纳米管之间的空间渗透并通过流动和/或扩散而到达液流通道的边界。
当液体通过板17中的液流通道59时，渗透到板的在液流通道外部的部分中的气体将与液流通道59中的液体接触，使得可以发生液体与气体之间的分子交换。例如，当液流通道59中的液体是血液，而在板17的在液流通道外部的部分中的气体是氧气时，氧气将从气体进入血液，而二氧化碳将离开血液进入气体中。在液流通道中的液体与围绕那些通道的气体之间的这种类型的气体交换的示例包括美国专利9,138,522中描述的示例。
在流过板17中的液流通道59之后，液体将填充收集池气室16。像分配池气室13一样，收集池气室16可以具有恒定的高度以便提供完全长方体的体积。在替代实施例(未示出)中，收集池气室16的底板是倾斜的。液体从收集池气室16流过液体收集开口19并进入液体收集通道40，液体首先通过收集池气室流出部分54(如果存在的话)。像分配池气室进料器部分52一样，可选的收集池气室流出部分54(如果存在的话)将在流经过渡区域50的后缘并进入液体收集通道40的液体收集开口19时帮助保持流经系统的均匀性。此外，像液体输送开口12一样，液体收集开口19可以被成形为使得其对流经其的阻力将补偿沿着液体收集通道40的压降，从而保持均匀的流动。液体然后在出去端口42处离开系统，所述出去端口与进入端口41相对定位，因为它位于系统的相对侧以及在系统的与进入端口41相对的端处。
在图5至图7实施例中的液体流动路径在图8展示。如所展示的，液体(例如低氧血液)进入系统并填充分配池气室13。然后，液体通过板17中的液流通道59(在此处发生气体交换)。接下来，液体填充收集池气室16并沿其流动，并且最终被收集在收集通道40中，并在出去端口42处离开系统。
在图8中，描绘了从分配池气室13到收集池气室16的两个示例性流动路径，所述流动路径穿过过渡区域50。第一路径A1/A2在靠近过渡区域50的上游边缘的位置处通过过渡区域50，并且第二路径B1/B2在靠近过渡区域50的下游边缘的位置处通过过渡区域。沿着第一流动路径的总流动阻力由A1+A2表示，而沿着第二流动路径的总流动阻力由B1+B2表示。值得注意的是，路径A1和A2的长度之和与路径B1和B2的长度之和相同。并且类似地，通过系统的每个流动路径所经过的总距离将是相同的。因而，驱动所有流动的压差将在整个系统中变得更加均匀，相关联的流速率也会如此。
图9描绘了通过图5至图7实施例的截面的模拟流动模式，其通过板17中的多个液流通道59从分配池气室13到达收集池气室16。在该图中，每个箭头的长度表示相应点处的流速。如图9所示，通道中的流速非常相似。相对于均匀流动的预计偏差取决于液体性质和系统不同部件的尺寸。针对一平方厘米板17的流动阻力的不同值的两个示例计算样本偏差并在图10和图11中(以相对于平均流动的偏差％)进行表示，所述一平方厘米板包含通过其的大量的液流通道59。
在图10的情况下，相关参数如下：
RP＝0.1(mmHg/ml/min每cm2)
通道长度-1mm
通道直径-100μm
通道之间的距离-150μm
1cm2区域中的通道数量-1600
构造-立方网格类型
并且在图11的情况下，相关参数如下：
RP＝1(mmHg/ml/min每cm2)
通道长度-1mm
通道直径-20μm
通道之间的距离-30μm
1cm2区域中的通道数量-111111
构造-立方网格类型
在这两种情况下，系统中各流体流动通道之间的流速率的偏差相对较低。
尽管已经参考某些实施例公开了本发明，但是在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的范畴和范围的情况下，可以对所描述的实施例进行许多修改、变更和改变。因此，意图是本发明不限于所描述的实施例，而是具有由所附权利要求及其等同物的语言所限定的全部范围。

Claims (9)

1.一种分布式流动液流系统，包括：
系统入口(20)；
系统出口；以及
多个液流通道(29；49)，所述多个液流通道被布置成输送液体沿着从所述系统入口(20)延伸到所述系统出口的多个流动路径(31)流动，其中每个所述液流通道(29；49)具有基本相同的长度、基本相同的流动阻力、通道入口和通道出口，所述通道入口与所述系统入口(20)间隔开并且相对于所述系统入口(20)以分布式构造布置，
其中，所述液流通道(29；49)被布置成所述通道入口全部距所述系统入口(20)基本相同的距离，使得从所述系统入口(20)到所述通道入口的流动阻力以及因此的流动跨所述系统入口(20)与所述通道入口之间的空间基本上是均匀的。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述液流通道(29)彼此平行地布置，所述通道入口全部沿着以所述系统入口(20)为中心的恒定半径的曲线定位，从而位于距所述系统入口(20)基本相同的距离处。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述液流通道(29)全部位于包含所述系统入口(20)的一平面内，并且所述恒定半径的曲线为位于所述平面内的弧线。
4.如权利要求2所述的系统，其中，所述液流通道(29)位于三维圆柱形区域内，并且所述恒定半径的曲线是由球心角体的帽盖部分限定的弯曲表面。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述液流通道(49)分布在中空圆柱形区段(32)的整个壁上。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述液流通道(49)被设置在实心圆柱形区段(32)的外围附近，并且圆柱形区段(32)的截面区域的中心芯体部分(30)不包含任何流动通道(49)。
7.如权利要求5或6所述的系统，进一步包括：
流动分散区段(24)，其具有双壁漏斗形状，从系统入口(20)向外朝向圆柱形区段(32)开口。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述流动分散区段(24)与圆柱形区段(32)在一平面处相交，并且所述通道入口全部沿该相交平面定位。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统是气体交换系统，并且在沿着所述液流通道(29；49)的所述流动路径(31)输送的液体与围绕所述液流通道(29；49)的气体之间发生气体交换。
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