用晶格玻爾茲曼方法研究血液在分叉管的栓塞.pdf

1、生命的維持與血液的流動是分不開的,機(jī)體的正常生理功能及防御功能都需要正常的血液流動。血液流量的減少以及紅細(xì)胞在血液運(yùn)輸過程中一旦被堵塞可能造成機(jī)體的死亡。因此研究血液的流動問題在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中具有重要的意義。然而隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,生活節(jié)奏的提高和工作壓力的增大以及社會人口老齡化進(jìn)程的加快,心腦血管疾病的發(fā)病率呈明顯增長態(tài)勢。血液栓塞又占心腦血管疾病的一個比較大的比例。血栓的形成機(jī)理及其外部因素一直是醫(yī)生、生物化學(xué)、生物物理和病理生理學(xué)

2、等方面專家關(guān)心的課題。
　　隨著高科技的飛速發(fā)展,大規(guī)?？茖W(xué)與工程計算在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中的地位越來越重要,被公認(rèn)為是科學(xué)研究中與實驗和理論研究方法同等重要的第三種方法。流體運(yùn)動的仿真模擬一直是大規(guī)?？茖W(xué)與工程計算的一個最為重要的領(lǐng)域之一,也是一個非常具有挑戰(zhàn)性的課題。要在高性能計算機(jī)上有效地模擬流體的運(yùn)動,必須設(shè)計高效的流體計算方法,這也是流動仿真模擬的一個瓶頸。自從上世紀(jì)90年代基于單弛豫時間近似的晶格玻爾茲曼方法(LBM)

3、提出以來,關(guān)注LBM方法及其應(yīng)用的人越來越多?，F(xiàn)在,LBM方法已經(jīng)被大家接受并認(rèn)可為一種新型計算流體力學(xué)的方法,它的優(yōu)點非常多,例如計算效率高、計算精度高和魯棒性,這些都已經(jīng)被大家所證實了。該模型的應(yīng)用非常廣泛,用它來研究多相流、顆粒流、化學(xué)反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)、湍流和懸浮體等系統(tǒng)都是不錯的。血液流系統(tǒng)是有代表性的邊界特別復(fù)雜的生物系統(tǒng),這對計算流體力學(xué)是一個巨大的挑戰(zhàn)。根據(jù)臨床經(jīng)驗心血管疾病大多發(fā)生于大、中動脈及血管分支、分叉和彎曲。分叉血管

4、廣泛存在于人體的血液循環(huán)系統(tǒng)中,主要為Y型血管和T型兩種類型。LBM的統(tǒng)計模型是分立的,之所以發(fā)展得如此迅速,這和上述的優(yōu)點是分不開的。而且 LBM方法可以在花費(fèi)比較低的情況下進(jìn)行規(guī)模較大的數(shù)值計算,這也是它區(qū)別于其他方法的特點之一。本文主要基于LBM,建立了以粘性不可壓縮牛頓流體在二維Y型分叉管的流動模型,以圓形剛性顆粒在分叉管中的運(yùn)動模擬了血液在小血管中的運(yùn)動,對血液在分叉管中的栓塞現(xiàn)象作了初步研究。重點研究了當(dāng)血管發(fā)生分叉時,血管

5、中血液流速的變化以及與血栓形成幾率的關(guān)系。
　　我們的工作主要包括以下幾個方面:
　　(1)基于晶格玻爾茲曼方法的D2Q9模型,通過對Poiseuille流以及單顆粒沉降的模擬,檢驗程序的可靠性與穩(wěn)定性,為進(jìn)行下面的研究奠定基礎(chǔ)。
　　(2)建立了以粘性不可壓縮牛頓流體在二維非彈性Y型分叉管的流動模型,用LBM模擬了單個顆粒在分叉管中的運(yùn)動。獲得了流體的速度分布和壓力分布等。流體對顆粒邊界的作用力分別采用動量交換法、壓