采用流固耦合计算方法模拟流动腔中细胞变形的研究

发布时间：2017-04-05 20:10

  本文关键词：采用流固耦合计算方法模拟流动腔中细胞变形的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：血管内的血细胞不断地受到内部和外部的各种机械刺激,根据这些刺激的大小和方向血细胞会改变自身的行为来作为响应;反过来血细胞行为的改变又影响血液的性质。因此,细胞在血管内运动与变形的研究是近年来国内外生物力学领域的一个重点和难点,在临床医学以及预防和治疗疾病中具有重要理论意义和应用价值。在课题组前期的工作基础上,本文基于流固耦合理论,通过编制主程序,对流动腔中单个细胞的变形进行了流固耦合数值计算。数值计算主程序采用C程序语言代码编制,主程序通过循环调用FLUENT软件和ANSYS软件,利用UDF(User defined function)和APDL(ANSYS product design language)在FLUENT软件与ANSYS软件之间交换数据,分别得到细胞表面的受力和变形量,实现流固耦合问题的求解。通过对细胞三个方向的平均变形量的数值计算结果发现:细胞在重力方向上的变形量最为明显,而在流速方向上的变形量较小,细胞出现了上凸下凹的形状。细胞的弹性模量越大,其在重力方向和流速方向的最大平均变形量越小。弹性模量的变化对在流速方向的细胞变形的改变比较明显;而对在重力方向的细胞变形的改变相差不大。在重力方向上变形量越小的细胞,跳跃的高度越大。细胞的变形对细胞在流速方向上的运动影响不大,但对细胞在重力方向的运动影响比较明显。本文所采用的三维数值计算方法以及研究结果可以为细胞在血液中的力学行为的研究提供一定参考。
【关键词】：流固耦合 程序 变形 弹性模量
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O353.4;R318.01
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 字母注释表10-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-18
• 1.2 本文的主要工作18-19
• 第二章 理论基础19-21
• 2.1 流体域的控制方程19
• 2.2 固体域的控制方程19-20
• 2.3 流固耦合边界条件20-21
• 第三章 程序的编制和参数的设定21-37
• 3.1 C语言主程序利用UDF求解刚体位移量21-22
• 3.2 C语言主程序利用APDL求解变形量22-28
• 3.3 C语言主程序利用UDF将变形量与刚体位移量叠加获得细胞的运动量28-33
• 3.4 C语言主程序利用UDF更新细胞形心的坐标33
• 3.5 异步执行33
• 3.6 计算模型和计算参数33-36
• 3.7 计算验证36-37
• 第四章 计算和分析37-64
• 4.1 考虑细胞变形的流固耦合数值计算结果37-45
• 4.2 考虑不同弹性模量对细胞变形影响的流固耦合数值计算结果45-57
• 4.3 考虑细胞变形与不考虑细胞变形的流固耦合数值计算结果比较57-64
• 第五章 结论与展望64-66
• 结论64-65
• 展望65-66
• 参考文献66-69
• 发表论文和参加科研情况说明69-70
• 致谢70-71

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本文编号：287615