红细胞在毛细血管中的流动形态分析与仿真

发布时间：2017-12-15 12:01

  本文关键词：红细胞在毛细血管中的流动形态分析与仿真

  更多相关文章： 微循环 计算流体力学 ALE方法 Level Set方法 径向迁移

【摘要】：研究红细胞在微循环中的运动具有十分重要的意义,一方面循环系统担负着人体中物质与能量的运输,是维持生命活动的基础,而微循环系统作为与各组织直接接触的系统,更是与相关组织器官的正常功能息息相关。另一方面很多疾病都会对微循环系统产生影响,这些疾病或是由于微循环障碍引起,或是其它病变引起,所以微循环检测可以作为疾病诊断的重要依据。因此,分析毛细血管中红细胞的运动特征及其变形机理可以为揭示相关的生理反应提供有价值的信息。 微循环研究通常采用的研究方法有三种,分别是理论模型法、观察实验法和数值分析法。早期流体领域的研究主要采用理论模型法,随着实验手段的进步,实验观察法大大扩展了人们对流体现象的认知,但是流体现象是复杂多变的,研究方法亟需改进,计算流体力学的进步使研究者对真实流体现象的数值模拟不断实现,成为现在的主流研究方法,亦是本文采用的方法。数字仿真能够很好的模拟各种现实问题,但是不同的算法对不同的问题的效果不同,本文针对微循环流体力学的特性采用了ALE方法和Level Set方法。红细胞在通过细小的毛细血管时往往会发生较大的形变,在数值仿真中这一点非常重要,直接影响仿真结果的精确性,ALE方法在处理这类网格变形过程问题中有明显的优势,并在其他领域得到广泛应用。Level Set方法的引入是为了处理运动边界的移动问题,为了更好的追踪运动界面,具有强大的拓扑描述力,而且容易实现。 数字仿真方法需要建立研究对象的模型,对本研究而言,即血管模型,描述血管的尺寸与形状；流场模型,描述血管内流场的状态；红细胞模型,红细胞的形状与膜的特性。然后划分计算网格,设置相应的属性和条件,最后进行计算求解。微循环流体力学环境复杂,影响因素众多,本研究主要分析了不同毛细数Ca下红细胞的形变,以及毛细数Ca与粘度比λ对红细胞径向迁移的影响。结果表明,当毛细数增加时,细胞的形变越来越趋向于X轴对齐。细胞的迁移运动随着细胞向导管中心线的接近而减小,当毛细数较大时细胞呈现非对称的形状,细胞的变态改变只在最初的瞬变期间有较大变化,随后进入一个准稳态状态,逐渐远离导管壁；迁移速度、形变程度等随着粘度比的增大而减小。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.01;TP391.9

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