某些破坏因素和各种突发的事故,可能造成人体的组织和器官功能的衰竭甚至丧失,每年需要数以百万计的手术对受损的组织和器官进行修复或更换。对于骨损伤,一般是通过自体骨移植、异体骨移植和基于骨组织工程的人工替代方法完成修复。自体骨移植将使患者的身体受到二次伤害。异体骨移植存在着较大排斥反应和不易得到合适的异体骨两方面的问题。骨组织工程的研究提供了一条新的路径,骨组织工程支架是人骨骼受损后的替代物,在体外培养后植入患者体内,最终降解完成使受损骨恢复健康,因此骨组织工程支架如果具有与人体骨骼更接近的孔隙结构,将能更好的保证营养液输送到骨损伤的各位置。本文针对骨移植过程中部分患者出现植入组织工程骨后,出现骨不生长和骨不愈合问题,从工程角度分析,提出植入骨支架管道内部营养液流动不均匀,对骨的再生有很大影响。营养液的速度、压力梯度过高,各类营养物质无法停留和附着在微管道壁面。营养液流动时,流体剪应力过高,则会使成骨细胞大量死亡。营养液的速度、压力梯度过低,营养物质无法输送到微管道各受损位置,即不能将骨修复过程需要的成骨细胞和成长因子引入受损部位。这些都将造成骨再生过程的失败。针对以上问题,本文以人体肱骨为研究对象,研究了人体骨骼内部特征,重点研究了密质骨的内部结构,并结合仿生学原理,设计了仿生密质骨支架。进行数值仿真研究得到各个支架在不同灌注速度下的速度分布云图、压力分布云图和剪应力分布云图。设计了骨支架微通道试验装置,采用PIV试验和数值仿真进一步分析支架内部结构和灌注速度变化对骨支架内部流场和剪应力的影响,进行了多次PIV试验,得到了6种支架的速度矢量曲线。其主要研究内容包括以下几个方面:（1）分析了微尺度通道的分类和建模方法,并对它们的适用场合进行了探讨。对仿生骨组织工程支架的重要参数进行了研究,研究了骨支架孔隙与孔表面积关系,研究了骨支架的孔隙率,建立了仿生支架孔表面积公式和孔隙率公式。（2）结合传统骨组织工程支架和人体骨骼结构特点,提出了一种重点考虑密质骨内的流动的骨组织工程支架,设计了骨支架的微孔管网结构。该微孔管网结构重点考虑的是营养液的内部流动状态和剪应力变化,因此骨支架在骨中心管道和哈佛管道之间设置了90°、60°、45°、30°的连接角度,并在相连处设置了过渡圆角,防止在各微管道交汇处速度和压力发生突变。（3）使用Fluent对仿生骨支架模型进行仿真分析,得到了各骨支架的速度分布云图、压力分布云图,并将各仿生骨支架的速度云图和压力云图进行对比,并结合质量流柱状图,得出了Ⅰ-90°骨支架内流场分布最均匀,有用流量最大,Ⅰ-90°为最优骨支架。研究了支架内部平均剪应力,根据最优剪应力范围确定了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型仿生骨支架最适合的灌注速度。（4）基于相似理论,按比例放大后,制备了设计的仿生骨支架模型,搭建了PIV试验台。使用PIV技术采集得到了Ⅰ-90°、Ⅰ-60°、Ⅰ-30°、Ⅱ-90°、Ⅱ-60°、Ⅱ-30°模型的流场矢量曲线,将流场矢量曲线与数值仿真得到矢量曲线对比分析后,发现两者运动迹线整体相似,且速度大小变化也符合相似理论的要求。表明在试验较为困难和昂贵时,对仿生骨支架的研究使用数值模拟软件分析可行,数值方法能够正确揭示仿生密质骨支架微孔管网内的流场状态。总之,通过数值仿真分析和试验研究,可以确定仿生密质骨支架的最优结构,进而解决支架微孔管网内营养液流动不均匀,营养液流速、压力或流体剪应力过高或过低等产生的问题。