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用格子Boltzmann方法研究中医推拿和分叉管中的血液流

宾超华  
【摘要】:从基于单弛豫时间近似的格子Boltzmann方法(简称LBM)诞生至今已有20多年,20多年间,格子Boltzmann方法理论及其应用的研究都取得了迅速发展,并逐渐成为相关领域研究的热点,引起了国内外众多学者的高度关注。格子Boltzmann方法是一门多学科的交叉产物,它涉及流体力学、统计力学、传热学、计算数学以及热力学等诸多学科。格子Boltzmann方法与传统方法的不同是它基于分子动理论,在宏观上是离散方法,在微观上它又是连续方法,因此被称为介观模拟方法。格子Boltzmann方法可以有效的模拟许多传统方法不能胜任的领域,如生物流体、多孔介质、磁流体、微尺度流动与换热、晶体生长等。 目前格子Boltzmann方法作为一种新的流体力学计算方法,已经被大家认可,它的精确和高效性也已经得到了广泛证实。并且该模型已经被广泛的应用于研究颗粒流、多相流、悬浮体、究湍流和化学反应扩散等系统。格子Boltzmann方法是一种分立统计模型,它计算量小、编程简单、计算效率高的特点使它发展的十分迅速。格子Boltzmann方法可以进行规模较大的数值模拟,血液流系统是边界条件特别复杂并具有代表性的生物系统。本文中我们将用格子Boltzmann方法对中医的滚法推拿及颗粒在分又管中运动进行初步探索。我们的工作主要包括: (1)简单介绍格子Boltzmann方法理论。 (2)建立格子Boltzmann方法模型中的D2Q9模型,对Poiseuille流进行模拟,并将模拟的数值结果与理论值进行比较,用来检验所编程序的稳定性和可靠性,为后面血液流的研究奠定基础。 (3)用格子Boltzmann方法模拟中医滚法推拿,建立滚法推拿的格子Boltzmann模型,模拟血管由于推拿手法的作用形成狭窄形变时,血管中血液流量的变化情况。滚法推拿中手法频率是影响血液流量的主要因素之一,所以我们分别对推拿手法为一倍脉动频率、倍脉动频率及三倍脉动频率的情况时进行模拟,得到平均血液流量最大值在二倍脉动频率和三倍脉动频率之间。 (4)用格子Boltzmann方法模拟多个颗粒在分叉管中运动的栓塞情况,通过对颗粒运动的模拟可知,分叉管两端压差一定时,无论压积大小,左端总管道最容易出现栓塞;在压积较小的情况下,小直径管道比大直径管道更容易出现栓塞,而在压积较大的情况下,大直径的管道更容易出现栓塞。分叉管两端压积一定时,无论压差大小,左端总管道最容易出现栓塞;在压差小的情况下,小直径管道比大直径管道更容易出现栓塞,而在压差大的情况下,大直径的管道更容易出现栓塞。


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