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动脉粥样硬化等血管疾病成为现代社会对人类健康的最主要威胁之一。研究血液在血管中的运动,尤其是在微血管中的运动,对人们更好的理解并分析血管疾病的发生与发展具有十分重要的意义。本文建立的血液两相流模型,重点考虑了红细胞之间的相互作用以及红细胞的布朗运动效应,在模型的基础上计算了血液粘度、壁面剪切力等重要的血液动力学参数。主要研究内容包括:
⑴对微循环流体力学的发展历史和研究现状做了概述,重点介绍了目前常用的血液输运模型,阐述了本研究的目的和意义。介绍了本模型用到的基础理论知识,主要包括粒子输运理论和流体力学。在对输运理论做概述时,重点介绍了本文用到的Fokker-Planck方程。
⑵基于流体力学和输运理论建立了考虑红细胞粒子特性的血液两相流模型,重点考虑了红细胞与红细胞之间的相互作用,以及红细胞自身的布朗运动效应。模型的控制方程由描述血浆的动量方程和描述红细胞的Fokker-Planck方程组成,两个方程通过粘性摩擦力相互耦合。
⑶对动量方程和Fokker-Planck方程进行耦合求解,求出了描述血液流动的两个基本量:血浆速度和红细胞分布;在此基础上求解了血液粘度、壁面剪切应力等血液流变参数。在求解动量方程时采用的是雅阁比迭代法;求解Fokker-Planck方程时,采用的是n点割线法。为了描述血液流变性能随时间的变化,采用了Runge—Kutta法进行步进。
⑷将考虑红细胞相互作用的数值结果与忽略红细胞相互作用的数值结果与实验值相比较,发现考虑红细胞相互作用与实验值更接近。根据血液表观粘度沿管径的分布说明了Fahraeus-Lindqvist效应。