21世纪随着各学科的发展,产生了许多新的交叉学科,比如材料科学和生命科学的交叉学科。不同的物体由不同的材料构成,各生命体也可以看为由特定的材料构成。本论文将关注血液这种生命材料在中医推拿、剪切流和空腔流下的运动以及红细胞的变形。　　中医推拿活血化淤、疏经通脉的机理研究一直是学术界的热点。推拿是推拿师两手或单手用力于患者肌体,以达到治疗疾病目的的一种物理疗法,也是人类最早的自然治疗方法之一。推拿中的滚法类手法是由腕关节的伸屈运动和前臂的旋转运动复合而成。滚法是滚法类手法中的一种。它是用第五掌指节关节背侧吸附于治疗部位,以腕关节的伸屈运动与前臂的旋转运动相结合,使小鱼际与手背在治疗部位上作持续不断的来回滚动的手法,在手法作用下血管形成轴向运动狭窄。但到目前为止,还是缺乏对滚法量效关系的研究,临床因缺乏科学研究所得的客观量化的操作标准,因而操作手法上有些混乱,各个医生手法动力差异较大,其效果也千差万别。要解决这一问题,还有待对滚法动力学作进一步的研究。为了研究血液及血细胞在中医推拿等各种复杂流中的行为,我们将从简单到复杂,进行纯流体、含颗粒的流体、含变形细胞的流体的研究。　　含颗粒的流体广泛存在于自然界和工业生产中。如花粉颗粒的输运与传播,血管中红细胞随血浆的运动,废水中带粒流的分离与处理等。由于数值研究悬浮颗粒在流体中的运动涉及动边界,如果是可变形的生物泡膜,比如红细胞,则还涉及到变形边界。传统的计算方法在处理动边界问题时需要特别大的计算量,计算方法也很复杂,即使利用超级计算机,也很难进行。　　在静止的血液中,红细胞的形状是双凹碟形的(biconcave disk)。现在人们都已经认识到弹性膜在负压的作用下会自然地塌缩成双凹碟形。红细胞膜分为三层,膜外表面是由长的糖分子组成的冻胶状细胞外网络,中间是混有蛋白质的流动的磷脂双分子层,里面是相联的细胞内网络。磷脂双分子层可以自由流动,但是红细胞的表面积是保持不变的。红细胞的内容物是结合了氧的蛋白质血色素,近似可以看为粘滞系数和血浆相同的不可压缩流体。在变形过程中红细胞膜的总面积保持不变,红细胞的总体积也保持不变,这是数值模拟细胞膜变形和运动的一个难点。　　晶格玻尔兹曼方法由于简单、并行、精确和鲁棒性,在很多领域已经被证明是一个强有力的工具,而且处理动边界的技术日趋成熟。本文就是基于晶格波尔兹曼方法,研究中医滚法推拿时的血流量的变化以及流线图的分布情况,脉动场对粒子运动的影响,以及红细胞在剪切流中的变形及运动。　　我们主要做了以下几个方面的工作:　　1、通过建立模型,模拟Poiseuille流以及单颗粒沉降来检验程序的稳定性与可靠性,为进行下面的研究奠定基础;　　2、通过建立晶格玻尔兹曼方法中正弦式的滚法推拿模型,解决了圆弧式的滚法推拿模型的奇异性问题,研究了推拿对动脉血管中血流量的影响以及通过对推拿时的流线图分析研究,发现当推拿周期性变化时,其血管内的流线图也随之进行相应的周期性变化并有所迟滞;　　3、建立了颗粒在涡流中运动的二维模型。其中颗粒被看作刚性小球,涡流由开口的空腔产生,分别用动量交换法和压力张量积分法计算颗粒受到的流体作用力。研究了颗粒在脉动流场中的运动,模拟发现颗粒运动呈现波动的形式,颗粒的水平速度、竖直速度、角速度都有相应周期性变化。当颗粒之间或者颗粒与空腔之间的间隙小于一个格子单位时,我们引入了润滑力来补充流体的作用力。在脉动流场的形成过程中,模拟发现脉动流场也是一个个的闭合环。但是由于受到入口脉动压差影响,涡流场不是一个完全稳定状态,而是在不断波动变化中的。用最近点法计算颗粒受力,通过与压力张量积分法进行了对比,发现最近点法的计算结果和压力张量积分法的计算结果精确符合,而且最近点法具有计算量相对较小,计算效率较高的优势。这也为模拟红细胞和多颗粒推拿下的运动打下了基础;　　4、建立了非均匀膜的二维红细胞在剪切流中变形与运动的晶格玻尔兹曼模型。通过模拟结果我们分析得到均匀膜红细胞在剪切流中,在进行坦克履带式(tank-tread)运动的同时,形状也由静态的双凹状变形为高度扁平状。而由于长期受到大剪切力的作用以及细菌侵蚀变成不均匀膜的红细胞,在剪切流中就无法像均匀膜红细胞那样变形了,进一步显示了细胞膜是否均匀对红细胞变形有很大影响。