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胞在血液運輸過程中一旦被堵塞可能造成機體的死亡。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)模科學(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。流體運動的仿真模擬一直是大規(guī)模科學(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。要在高性能計算機上有效地模擬流體的運動,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。現(xiàn)在,LBM方法已經(jīng)被大家接受并認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方法可以在花費比較低的情況下進行規(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動模擬了血液在小血管中的運動,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