脉动流血液通栓的晶格玻尔兹曼模型

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．19(2014)194701脉动流血液通栓的晶格玻尔兹曼模型冰周锦阳)施娟2)陈佳民)李华兵)十1)(桂林电子科技大学材料科学与工程学院，桂林541004)2)(桂林电子科技大学信息与通信学院，桂林541004)(2014年3月24日收到；2014年4月25日收到修改稿)本文把血浆看为水，红细胞当作密度为水的悬浮刚性小球，模拟脉动流在锥形管的中的通栓．首先在一定的压积和压差下，在锥形管中产生稳定的栓塞，然后用脉动流来通栓．改变脉动流的频率研究脉动流通栓的条件．关键词：晶格玻尔兹曼方法，锥形管，脉动流，通栓PACS：

2、47．11．-j．05．10．一aDOI：10．7498／aps．63．194701究发现，在血栓的形成过程中，红细胞能加速血栓1引言的横向发展．血栓的治疗方法有抗栓、溶栓、介入治疗和手生命的维持与血液的流动密切相关，当血管发术疗法，不同类型的血栓疾病对应的治疗方案有所生栓塞有可能导致一系列严重的问题甚至威胁到不同，但是这些方法都有引发出血的危险．由于麻生命安全．伴随着我国经济的发展、饮食习惯的改醉的作用，在整个手术过程中股静脉的流速会大幅变、环境的污染以及社会人口的老龄化，心血管疾度减少，同时由手术引起的大面积的血管机械性损病(cardiovasculardisea

3、ses，CVD)的发病率也呈逐伤会引发人体凝血功能亢进．术后血栓是一种常见年增加的态势．CVD是一种涉及循环系统的疾病，的手术并发症，尤其是静脉发生血栓最为常见，具主要包括心脏和血管．据不完全统计，我国大约有有高发病率，高误诊率、危害大等特征．在比较大的2．3亿的CVD患者，每天有9000多人死于各种心血血管中可以采用放入支架达到通栓的目的，在微血管病，在各种死因中，CVD占了41％，可以说CVD管中只能采用药物治疗，但是无论哪种方法都会引是威胁人类健康的头号杀手．其中，栓塞占心血管起伤口出血，影响手术效果．因此有必要研究脉动疾病比较大的比例．在正常生理条件下，人体的

4、细的通栓作用．胞压积为37％一50％，其中红细胞(redbloodcell，晶格玻尔兹曼方法flatticeBoltzmannRBC)占绝大部分，其他的血液成分(如血小板、白method，LBM)_3J4】简单并行、边界条件容易处理，细胞等)只占了不到2％，可以说RBC是影响血液特别适合在PC机群甚至Internet网络上进行并行流动的重要因素．血液的流动是一个复杂的过程计算，近年来被广泛用于研究血液流、多相流等各血栓的形成因素复杂．Sagesaka等[】研究发现红种复杂流体的流动[5-10]，本文将采用晶格玻尔兹细胞的聚集能加速血液凝固，并且红细胞的浓缩能曼方法研究

5、红细胞在锥形管中的栓塞以及脉动流增加血栓性疾病的患病风险．Mori等【01进一步研的通栓．国家自然科学基金(批准号：11362005和11065006)资助的课题．十通讯作者．E-mail：hbli@guet．edu．ca@2014中国物理学会ChinesePhysicalSociety舭tp：／／wulixb．hy．ac．cn．194701—1物理学报ActaPhys．Sln．Vo1．63，No．19(2014)194701入口的三分之一．黑色的颗粒代表微血管中的红细2LBM简介胞，在本文中为不可变形的刚性球体，其格子半径．厂=6．5，物理直径D=4m．小球的边界以

6、及锥为简单起见，我们采用二维九速四方格子形管边界采用曲线边界条件[12】处理，流体用LBM(D2Q9)的LBM模型来模拟流体的流动，该模型模拟，颗粒所受的流体力用改进的动量交换法计的速度方向如图1．算[13]．模型入口和出口使用压力边界条件[14]．‘＼．．／／＼．图2锥形管模型图(△P为压差，D为入口宽度)脉动流由入口端周期性变化的压力来产生．入图1D2Q9模型速度方向口端压力P与时间的变化关系为该模型的演化方程为[11]P=P0+Asin2．兀，(6)』，{(+e{，t+淝1)一(，t)P0为恒压下，入口压力和出口压力的平均值．=一=1[^(，)一f／(eq)(，

7、)]．(1)A=Ap／2为脉动流振幅，Ap为恒压下入口和出口压力之差，为脉动流周期．其中e为粒子在i方向从一个节点到相邻节点的微观速度，7-为驰豫时间，在本文中取7-=0．85，eq为i方向上的粒子平衡分布函数．局域平衡分布函数。q)的计算公式为[。】。=pu[+3(et·u)+兰(et·)一兰u。]，(2)式中020=4／9，1=2=3=4=1／9，025一6=7=8=1／36．弛豫时间7-与流体运动学黏滞系数V之间的关图3在lOOHz条件下，入口端P的波形图(格子单位)系满足横轴t为时间言(27_一1)·(3)图3为Ap=0．058Pa，T=10