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格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,简称LBM)是20世纪80年代迅速发展起来的一种新的流体动力学数值模拟方法。与以宏观连续方程的离散化为基础的传统数值方法不同,LBM从微观层次出发,采用统计物理方法得出流体的宏观特性,而且在可操作性方面,它计算方便,编程易于实现,边界易于处理等优点已经得到广泛地证实。
血液系统是有代表性的边界比较复杂的生物系统,且流动特点复杂多变。LBM是目前处理血液流动的最有前途的方法。本文的工作主要是用LBM模拟特殊动脉血管中的血液流动情况,找到血液的脉动性对血管中压强、速度和切应力分布的影响,以便为血管壁病变和动脉硬化形成机制提供有用的技术资料。
本论文内容主要包括以下三个方面:
(一)通过模拟压力特定条件下二维直管内非定常流的流动特点,对中轴线上流点的速度分布情况进行了详细地研究,并将模拟结果与解析解进行比较,证实了LBM模拟脉动流的可行性。
(二)将LBM应用到二维轴对称余弦狭窄模型,模拟比较加入脉动后对狭窄血管中流场速度、压强和剪切应力分布的影响,并详细分析了不同狭窄模型、不同Reynolds数和Womersley数对血液流动规律的影响。
(三)将LBM应用到动脉分叉模型,研究比较将血液视为定常流体和非定常流体时对动脉分叉处流场的速度、剪切应力和压强分布的影响,给出了脉动流影响下流体分离区可能出现的位置和其随Womersley数和Reynolds数的变化规律,分析了不同强度的脉动波振幅对血液流动特性的影响,从而为血管壁病变和动脉硬化形成机制提供有用信息。