粒子在流體中運動的數值模擬及其在血液微循環(huán)中的應用.pdf

1、流體力學主要研究在各種力的作用下，流體本身的運動狀態(tài)、流體與固體壁以及流體與其它運動狀態(tài)之間的相互作用，在航空航天、生物醫(yī)學和機械工程等領域有著重要的應用價值。本文針對二維不可壓縮粘性流體，對其中粒子的運動狀態(tài)進行了數值模擬和分析。首先主要分析了幾個重要參數，包括粒子的半徑、粒子在流體中的初始位置、流體的運動速度及粘度等因素對剛性粒子在不可壓縮粘性剪切流中運動狀態(tài)的影響。其次，對可變形粒子在不規(guī)則形狀流體區(qū)域（以紅細胞在狹窄病變的微血管

2、中的運動為例）中的形變與運動狀態(tài)等情況作了研究。對于剛性粒子在剪切流中的運動，文中分別利用Navier-Stokes方程和Euler-Newton方程來描述流體和剛性粒子的運動，并采用虛擬區(qū)域法(Fictitious Domain Method，FDM)結合分布的拉格朗日乘子法(Distributed Lagrange Method，DLM)對包含粒子的流體的運動狀態(tài)進行數值模擬。對于可變形粒子在不規(guī)則形狀區(qū)域中的運動，同樣采用Navi

3、er-Stokes方程來描述流體的運動，利用浸入邊界法(Immersed Boundary Method，IBM)來處理可變形粒子邊界與周圍流體之間的相互作用，并采用虛擬區(qū)域法(FDM)對計算區(qū)域進行優(yōu)化，得出控制方程。最后，對上述方法采用實例進行驗證和分析。通過多個算例的驗證可以看出，非中性浮力剛性粒子的半徑、流體的粘度等因素對粒子達到平衡狀態(tài)時的位置都會產生影響；當多個紅細胞在狹窄病變的微血管中的初始排列位置不同時，會影響紅細胞的形