房水的分泌、流动、循环和排出对维持眼睛正常的生理功能至关重要。房水对抗流出阻力而排出,形成眼内压。正常的眼内压不仅具有稳固眼睛形态的作用,还具有重要的生理功能。当房水的排出受阻时(出流通道阻力增加或堵塞),眼内压就会升高,增加引发眼部疾病的风险。因此,系统、深入地研究眼前节内房水的流体力学机制,有助于加深对眼部疾病本质的认识,为眼部给药或手术控制与治疗提供理论参考。由于眼前节中房水的体内无创测量尚无法获得,数值模拟无疑是最佳的选择之一。介观的晶格Boltzmann方法具有算法简单、并行度高、复杂几何边界易于处理等优势,特别适合于人眼流体力学这一解剖结构复杂、多因素相互作用的复杂流动领域的研究。因此,本文采用晶格Boltzmann方法详细的研究了人眼前节中房水动力学的问题,并使用本文提出的模型研究了眼内植入虹膜固定型人工晶状体后对眼前节中房水动力学的影响。主要研究内容如下:(1)建立了一种模拟人眼房水流体力学的耦合的晶格Boltzmann模型,该模型包含不可压缩的Navier-Stokes流,热对流和扩散以及Darcy渗流。使用Boussinesq近似将不可压缩的Navier-Stokes方程与热对流和扩散方程进行耦合,使用Darcy定律计算房水出流的速度,并将该速度用于边界条件,这为该模型提供重要的负反馈机制。对健康眼的模拟验证结果表明,由于压力负反馈机制的存在,该模型具有稳定性、收敛性和鲁棒性。(2)使用当前模型对房水流动进行了系统的研究,包括热对流和浮升力、房水分泌率、小梁网渗透率、房水粘性和瞳孔大小对眼内压的影响。数值模拟结果与临床实验及已发表文献中的结果一致。健康眼内房水流动的模拟结果表明:热对流和扩散可以显著影响房水的流动模式,这对于房水的正常生理功能至关重要。通过模拟各种因素对眼内压的影响,发现眼内压随着房水分泌率或房水粘性的增加而增大,随着小梁网的渗透率的增加而降低。值得注意的是,所有这些因素对病理眼中的眼内压的影响大于对健康眼中的眼内压。眼内压对房水粘性的变化并不敏感,这可能也是不把房水粘性作为控制眼内压的因素之一。(3)在所提出模型的基础上对眼内植入虹膜固定型人工晶状体前后,眼前节内相关物理量的变化进行了研究,包括房水的最大速度,作用在角膜和虹膜上的最大剪切力等。数值模拟结果与已有研究结果基本一致。接着对立位和仰卧位下人工晶状体中的穿孔、人工晶状体在前房中的放置位置和不同前房深度下植入人工晶状体对眼前节内房水流动的影响进行了展开研究。数值模拟结果表明:人工晶状体中的穿孔对房水的最大速度和作用在角膜和虹膜上的最大剪切力没有明显影响。当人工晶状体接近虹膜时,即人工晶状体距离虹膜的位置小于0.05 mm,作用在虹膜上的最大剪切力明显增大,超过了正常眼内作用在虹膜上的最大剪切力的两倍,会增加虹膜色素细胞脱落的风险。房水的最大速度和作用在角膜和虹膜上的最大剪切力均随着前房深度的增大而增大,并逐渐趋近于正常眼中的相应值。因此对于前房深度较小的个体,不建议进行眼内植入人工晶状体手术。综上所述,由于晶格Boltzmann方法在复杂流体系统建模方面的优势,当前模型有望更深入地应用于房水动力学进行研究,并获得一些有意义的结果,为提高眼部疾病的诊断水平和治疗效果提供重要的理论依据。