一个同质化的双相计算框架,用于中和宏尺度血流模拟
Abhishek Karmakar1, Greg W Burgreen2, Grant Rydquist3
1Department of Biomedical Engineering, Cornell University, Ithaca, NY, USA.
Computer methods and programs in biomedicine
|February 23, 2024
概括
这项研究引入了一种新的血液流动计算模型,该模型简化了复杂的风湿学,同时保持了详细的流动分辨率. 该模型准确地预测了在各种微流体条件下红细胞的行为.
科学领域:
- 计算流体动力学 计算流体动力学
- 生物医学工程 生物医学工程
- 血液动力学 血液动力学
背景情况:
- 由于其复杂的风湿学,建模血液流动至关重要.
- 现有的计算流体动态模型在结合血栓和栓塞时面临着可扩展性的挑战.
- 存在需要计算效率高的血液流动模型,保持高流动分辨率.
研究的目的:
- 为了呈现一个均的双相血流框架.
- 开发一个具有单流体特性但具有双流体分辨率的模型.
- 根据实验数据验证框架.
主要方法:
- 利用经典的扩散流框架来提高计算效率.
- 提出了一个修改后的滑动速度方程,该方程是从两个流体的规则方程中得出的.
- 纳入了新的依赖于血红素的表达式,用于对红细胞 (RBC) 的拉动力和提升力.
- 使用OpenFOAM进行分离并解决方程.
主要成果:
- 对四个不同的实验设置验证了框架.
- 在微通道中准确预测了红细胞速度概况和血红素分布.
- 与无细胞层厚度和血位轮的实验数据有很好的一致性.
- 成功预测左心室辅助装置模拟通道中的实验性血红素分布.
结论:
- 开发的框架有效地模拟了多尺度血流物理.
- 它利用适合单相流量模拟的数值技术.
- 该模型非常适合复杂的应用,如血栓形成和栓塞研究.


