【摘 要】
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小肠的传质和吸收功能对人体健康至关重要。肠内壁具有多尺度结构,环形褶皱、绒毛以及微绒毛的存在极大地增加了小肠内的吸收面积。这些特殊结构是否具有其他功能,还未有定论。根据传递理论,营养物质在肠道内的运输需要克服传质阻力,随后才能到达肠道壁面,进而被吸收。在壁面运动下,肠道壁面结构对营养物质运输的影响有待探索。此工作通过建立多物理场耦合模型,模拟以褶皱为显著特征的人体十二指肠腔体内物质的混合过程,并与
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（21978184）；
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小肠的传质和吸收功能对人体健康至关重要。肠内壁具有多尺度结构,环形褶皱、绒毛以及微绒毛的存在极大地增加了小肠内的吸收面积。这些特殊结构是否具有其他功能,还未有定论。根据传递理论,营养物质在肠道内的运输需要克服传质阻力,随后才能到达肠道壁面,进而被吸收。在壁面运动下,肠道壁面结构对营养物质运输的影响有待探索。此工作通过建立多物理场耦合模型,模拟以褶皱为显著特征的人体十二指肠腔体内物质的混合过程,并与光滑管内物质混合过程进行对比。混合在分节运动下进行。结果显示,分节运动10个周期后,考虑褶皱体系的混合水平由光滑管的18.20%显著提高至28.76%。经分析发现,这是因为环形褶皱的存在通过提供相比于光滑管更加突出且持久的涡旋,从而达到增强径向和轴向混合的效果。与此同时,考虑褶皱后,肠腔内有更高的流速和剪切速率。为了增强混合效果,可以增加分节运动的振幅、频率或波长。此外,细高的褶皱相比于短粗的褶皱会带来更好的混合效果。为了逐步实现近真实肠道模型的构建,本工作进一步探究了分节运动下,食糜在肠道中的破碎情况。结果显示,考虑褶皱的管道对食糜的破碎具有显著的强化作用。此外,低粘度以及更小表面张力的食糜在肠道中更易破碎。本工作所揭示的肠道壁面结构起到的特殊作用除了在理解消化过程方面提供新的见解外,也可以用于指导化学和制药工业中柔性反应器的设计。
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