Influence of the vessel wall geometry on the wall-induced migration of red blood cells
本文通过二维浸入边界法模拟内皮表面层改变血管壁几何形状，研究其对红细胞壁面诱导迁移的影响，发现高渗透率下壁面空间变化影响显著，且血管直径增大会显著抑制迁移。
2023-07-16 physics.flu-dyn q-bio.QM
Hemodynamical Behavior Analysis of Anemic, Diabetic, and Healthy Blood Flow in the Carotid Artery
本研究基于计算流体力学和Carreau模型，对颈动脉中贫血、糖尿病及健康血流的血液动力学行为进行了三维仿真，发现不同血液类型对动脉内的血流速度、压力、壁面剪切力和应变率有显著影响。
2024-02-20 physics.flu-dyn
Integrating multi-fidelity blood flow data with reduced-order data assimilation
对心血管流动和血液动力学进行高保真的患者特定建模是具有挑战性的。利用诸如4D流动磁共振成像（4D flow MRI）的体内测量模态在体内进行直接血流测量遭受低分辨率和采集噪声。体外实验建模和患者特定的计算流体动力学（CFD）模型受制于患者特定边界条件和模型参数的不确定性。此外，收集近壁区域中的血流数据（例如，壁剪切应力）与实验测量模式的结合提出了额外的挑战。本文提出了一种计算效率高的数据同化方法--降阶建模卡尔曼滤波（ROM-KF），它将序贯卡尔曼滤波与使用动态模式分解（DMD）提供的线性模型进行降阶建模相结合。ROM-KF的目标是克服低分辨率和噪声的实验和心血管流的CFD建模的不确定性。使用1D Womersley血流、2D理想化动脉瘤和3D患者特定脑动脉瘤模型评估该方法的准确性。合成实验数据用于使用基准数据集直接量化误差。ROM-KF重建近壁血流动力学的准确性进行了评估，通过应用该方法的问题，近壁血流数据丢失的实验数据集。ROM-KF方法提供的血流数据比计算和合成实验数据集更准确，并改善了近壁血流动力学定量。
2021-06-09 physics.flu-dyn
Towards a Mathematical Model for the Solidification and Rupture of Blood in Stenosed Arteries
在本文中，我们提出了一个数学和数值模型的血液凝固和破裂狭窄的动脉。在动脉壁中的血流和现有的狭窄之间的相互作用被建模为三维流体-结构相互作用问题。假设血液是一种非牛顿不可压缩流体，其粘度随时间变化，服从修正的Carreau模型，流动动力学由Navier-斯托克斯方程描述。而动脉壁被认为是超弹性材料，其位移满足准静态平衡方程。使用FreeFem++在二维域上进行数值模拟。我们研究了血液的粘度，速度和最大剪切应力的行为。从数值结果，血液回流区已被确定。此外，在流动方向上的狭窄之后直接观察到高粘度和低速度的血液区域。该区域可以对应于血液积聚，然后对应于凝固区域，该凝固区域受到血流的剪切应力和动脉壁变形施加的力。因此，这个区域被认为是破裂的，然后释放出血块，导致小动脉闭塞。
2020-05-10 cs.NA math.AP math.NA
Impact of blood rheology on wall shear stress in a model of the middle cerebral artery
由血液施加在内皮层上的机械力的稳态分布的扰动与血管病理学相关，包括颅内动脉瘤和动脉粥样硬化。最近的计算工作表明，为了正确地计算这种力，必须考虑血液的剪切稀化特性。据我们所知，这些发现从未与实验观察到的病理阈值进行过比较。在目前的工作中，我们应用Gizzi等人的三带图（TBD）分析来评估血液流变学模型的选择对右侧大脑中动脉计算模型的影响。我们的研究结果表明，在所研究的模型中，由牛顿模型和众所周知的Carreau-Yasuda广义牛顿模型预测的壁面剪应力之间的差异是唯一显着的，如果所研究的血管病理学与病理阈值在0.94 Pa至1.56 Pa的范围内，其中所考虑的流变学模型的TBD分析的结果不同。除此之外，我们没有观察到显著差异。
2014-07-15 cs.CE physics.flu-dyn physics.med-ph
Haematocrit and Shear Rate Modulate Local Cell-free Layer Thickness and Platelet Margination in Blood Flow Along a Sinusoidal Wall
Università degli Studi di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）；CEINGE Biotecnologie Avanzate “Franco Salvatore”（CEINGE先进生物技术“弗朗哥·萨勒瓦托雷”中心）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
研究探讨血红蛋白浓度和剪切速率如何影响红细胞动力学、细胞外层厚度及血小板边缘迁移，揭示血小板聚集体形态演变机制，为血栓治疗提供理论依据。
2026-04-07 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.TO
Lift and down-gradient shear-induced diffusion in Red Blood Cell suspensions
红细胞在受限通道流中的分布是不均匀的，并且由于远离壁的迁移与由颗粒之间的相互作用引起的剪切诱导的扩散之间的竞争，在壁附近显示出显著的耗尽。我们研究了红细胞的升力在剪切流附近的墙壁和测量一个显着的升力速度，尽管翻滚运动的细胞。我们还提供了值的集体和各向异性的剪切引起的扩散的云的红细胞，无论是在剪切的方向和涡度的方向。一个通用的下梯度子扩散，其特征在于指数1/3的突出显示。
2013-02-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Mathematical model for blood flow autoregulation by endothelium-derived relaxing factor
流体切应力是心血管系统的重要调节因子，通过内皮衍生的舒张因子（EDRF），即一氧化氮。该机制涉及动脉壁中的生化反应。血管紧张性是血管自动调节的主要机制，对切应力的变化起负反馈作用。本文提出了一种新的恒跨壁压下动脉血流自动调节的数学模型。内皮源性舒张因子一氧化氮、动脉壁的多层结构和动力学扩散过程被考虑在内。对薄壁动脉的极限情况进行了分析研究。给出了线性化系统的稳定性条件。求出了原系统的精确定态解，并对自动调节系统进行了数值模拟。结果表明，动脉对初始径向扰动的适应性和系统对血流变化的响应向新的平衡态的过渡。
2006-04-24 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Transport of platelets induced by red blood cells based on mixture theory
血栓形成是手术植入血液接触装置后的常见并发症，并且受到血小板近壁富集现象的强烈影响。本文介绍了一种多组分连续介质的方法来研究这一现象。混合理论模型用于描述血浆和红细胞（RBC）的运动以及两种成分之间的相互作用。建立了一个输运模型，研究了红细胞场对血小板的影响。该模型用于研究矩形微通道中的血液流动，突然膨胀的微通道，和含有微裂缝的通道（代表在大多数血液润湿装置中遇到的实际问题）。模拟表明，在矩形通道中，靠近壁的血小板浓度比通道中心线附近的浓度高约5倍。还注意到，在具有裂缝的通道中，非常大量的血小板聚集在裂缝的深部，并且这可以用作医疗装置中发生的血栓形成的病灶。关键词：血小板;血流;红细胞;微通道;混合物理论;双流体;血栓形成
2017-05-07 physics.flu-dyn
Predicting different adhesive regimens of circulating particles at blood capillary walls
Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工大学基金会）；Politecnico di Bari（巴里理工大学）
本文提出结合格子玻尔兹曼浸入边界模型，用于预测循环粒子近壁动力学，通过分析粒子几何、表面配体密度等参数，识别四种粘附制度。
2018-08-04 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Micromagnetorotation effects in micropolar magnetohydrodynamic blood flow through stenosis
University of the Peloponnese（伯罗奔尼撒大学）；University of West Attica（西阿提卡大学）
本研究探讨了微磁旋转效应在血管狭窄中血流中的作用，发现其显著影响血流速度、涡量及微旋转，尤其在高血细胞比容和严重狭窄时效果更明显。
2026-01-19 physics.flu-dyn
The influence of non-Newtonian behaviors of blood on the hemodynamics past a bileaflet mechanical heart valve
本研究通过三维直接数值模拟，系统揭示了血液剪切稀化和屈服应力等非牛顿行为对双叶机械心脏瓣膜周围血流动力学、壁面剪切应力、压力恢复及血液损伤参数的显著影响，并指出该影响在低雷诺数和心动周期峰值阶段尤为突出。
2024-04-30 physics.flu-dyn
Mechanism of margination in confined flows of blood and other multicomponent suspensions
流动的血液显示出一种称为边缘化的现象，其中白细胞和血小板优先在血管壁附近发现，而红细胞从这些区域耗尽。在这里边际研究使用直接流体动力学模拟的二元悬浮液的硬（S）和软（F）胶囊，以及一个随机模型，该模型结合了悬浮液中的关键粒子传输机制-壁诱导的流体动力学迁移和剪切诱导的对碰撞。随机模型允许直接评估这两种机制的相对重要性，从而表明边缘化（至少在稀释情况下）很大程度上是由于均相（例如s-s）和非均相（s-f）碰撞的微分动力学造成的
2012-09-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Numerical simulation of blood with fluid-structure interactions using the lattice-Boltzmann method
这里介绍的流体动力学视频概述了多相细胞血流模拟的最新进展，通过直接数值模拟变形红细胞（RBC）通过几个数值实验证明。视频显示了各种数值模拟中的红细胞变形，红细胞悬浮液在剪切中的相对粘度，以及血液Hagen-Poiffille流的细胞耗尽壁层。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Magnetic nanodrug delivery in non-Newtonian blood flows
为了确定最大限度地将药物递送到体内特定部位的策略，我们开发了一种在外部磁场影响下药物纳米载体（纳米颗粒）在血流中转运的数学模型。在长血管（与半径相比）的假设下，将纳维-斯托克斯方程简化为与润滑理论一致的更简单的模型。在这些假设下，分析结果进行了比较牛顿，幂律，Carreau和Ellis流体，这些清楚地表明了剪切稀化效应的重要性时，血液流动建模。将纳米粒子和一个磁场结合到模型中，我们发展了一个数值计算方案，并研究了不同磁场强度下粒子的运动。我们证明了非牛顿行为的重要性：在这项工作中研究的流动制度，与那些在血液微血管一致，我们发现，需要吸收一定量的颗粒在非牛顿流体中的场强必须大于一个需要在牛顿流体。具体地说，对于一个检查的情况下，两倍大的磁力必须施加在埃利斯流体比在牛顿流体中的相同数量的颗粒被吸收通过血管壁。因此，基于牛顿流体的模型可能会大大高估磁场的影响。最后，我们评估了在血管壁的颗粒浓度，并计算通过不同的渗透率值的壁的颗粒通量的演变，因为这是重要的，当评估药物输送应用的功效。从我们的工作中获得的见解使我们更接近成功地将磁性纳米颗粒药物递送转移到临床。
2022-08-29 physics.flu-dyn
Influence of pulsatile blood flow on allometry of aortic wall shear stress
剪切应力在动脉粥样硬化的形成和发展中起着重要作用。体内测量和外推的关键要素是剪切应力对体重的依赖性。在血流的Poiffille模型的情况下，P.Weinberg和C.研究人员已经表明，主动脉内皮上的剪切应力与体重的$-\frac{3}{8}$次方一样变化，因此小鼠的剪切应力比人高20倍。然而，通过考虑一个更生理振荡Poistuille + Womersley组合流在主动脉中，我们表明，结果显着不同：在较大的群众（$M>10 \ kg$）剪切应力随着体重的权力$-\frac{1}{8}$和修改的人与小鼠的比例为1：8。异速生长和剪切应力的时间梯度值也发生变化：在较大的质量下，$\partialτ/\partial t$变化为$M^{-3/8}$而不是$M^{-5/8}$，人与小鼠的比例为1：150变为1：61。最后，我们证明了血流的不稳定成分不影响峰值速度对体重的恒定异速生长：$u_{max} \propto M^{0}$。这项工作扩展了我们对血液动力学参数对体重的依赖性的认识，并为更精确地将体内测量结果外推到人类和更大的哺乳动物铺平了道路。
2018-02-18 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.TO
A Modified Suspension-Balance Model for Deformable Particle Suspensions: Application to Blood Flows with Cell-Free Layer
FAMU–FSU College of Engineering（FAMU-FSU工程学院）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Institute for Successful Longevity, Florida State University（佛罗里达州立大学成功长寿研究所）
本文提出一种改进的悬浮平衡模型，用于模拟血液流动中的无细胞层形成及血流特性，有效捕捉微循环中的血流学特征。
2026-02-05 physics.flu-dyn
Poiseuille Flow of a Non-Local Non-Newtonian Fluid with Wall Slip: A First Step in Modeling Cerebral Microaneurysms
脑动脉瘤和微动脉瘤是具有高破裂风险的异常血管扩张。动脉瘤破裂可能导致永久性残疾甚至死亡。在动脉瘤破裂之前发现和治疗动脉瘤是非常困难的，因为症状很容易被错误地归因于其他常见的脑部疾病。数学模型可以突出动脉瘤发展的可能机制，并为动脉瘤提供专门的生物标志物。颅内动脉瘤的现有数学模型集中在血流和动脉之间的机械相互作用。然而，这些模型不能适用于微动脉瘤，因为在脑微循环的长度尺度上的解剖和生理是不同的。在本文中，我们提出了一种机制，涉及血液和内皮细胞和神经胶质细胞的化学机械耦合的微动脉瘤的形成。我们的血液模型作为一个非本地非牛顿不可压缩流体，并解决了这样的流体通过轴对称的圆形刚性和不可渗透的管壁滑移的存在下，解析Poietille流。变形张量的速率的建议推广的空间导数表示使用Caputo分数导数。壁面滑移由经典的Navier定律和涉及分数阶导数的该定律的推广来表示。数值模拟表明，高血压可能有助于微囊形成。
2018-01-12 physics.flu-dyn
Numerical investigation of the flow induced by a transcatheter intra-aortic entrainment pump
本研究通过CFD模拟评估了经导管主动脉内血泵在不同转速下的流体动力学，发现高转速会导致血液损伤和动脉壁应力升高，提示需改进设计以降低长期使用风险。
2025-02-28 physics.flu-dyn
Modeling blood flow in viscoelastic vessels: the 1D augmented fluid-structure interaction system
数学模型和数值模拟在血液动力学领域有着广泛的应用，是更好地理解生理和病理过程的宝贵资源。这一现象背后的理论与柔性薄壁管中不可压缩流动的研究密切相关。模型必须正确地描述血流与血管壁之间的力学相互作用。最近的工作表明，通过粘弹性定律表征血管壁的流变学的好处。考虑壁材料的粘性贡献而不是简单的弹性贡献，导致对血管行为的更现实的表示，其不仅表现出瞬时弹性应变，而且表现出对脉动压力波的粘性阻尼效应，以及能量损失。这项工作的目的是提出一个易于扩展的一维数学模型，能够准确地捕捉FSI。的独创性在于在PDE形式的粘弹性管法的引入，有效的动脉和静脉网络，导致增强FSI系统。与成熟的数学模型相比，所提出的模型是天生的双曲型。该模型是解决了一个二阶数值方案的基础上IMEX RK计划设想应用到双曲型系统与刚性松弛条款。模型的验证是在不同的测试。在黎曼问题中得到的结果，采用一个简单的弹性管法的表征的血管壁，可用的精确解进行比较。为了验证粘弹性项的贡献，制造解决方案的方法。设计了具体的测试来验证该方案的均衡性和AP特性。一个特定的测试与进口脉冲压力波的设计，以评估粘弹性的影响。
2019-12-06 cs.NA math.AP math.NA
Peristaltic Pumping of Blood Through Small Vessels of Varying Cross-section
本文研究了微循环系统中血液的蠕动运动。血管被认为具有不同的截面。渐进蠕动波被认为是正弦性质的。血液被认为是Herschel-Bulkley流体。特别关注的是，这里是调查的振幅比，平均压力梯度，屈服应力和幂律指数的速度分布，流线型和壁面剪应力的影响。在此基础上，进行了大量的数值计算。研究表明，由于血管几何形状的不均匀性，血液流速和壁面切应力受到明显的影响。它们对振幅比的大小和流体指数的值也高度敏感。
2012-01-30 math-ph math.MP physics.bio-ph
On the dynamic suction pumping of blood cells in tubular hearts
在胚胎发育的妊娠后第三周左右，人类的心脏仅由一个无瓣管组成，不像发育完全的成人心脏是多腔的。在发育的这个阶段，心脏瓣膜还没有形成，因此通过心脏的血液净流量必须由不同的机制驱动。假设有两种可能的机制在此阶段驱动血流- Liebau泵送（动态抽吸泵送或无阀泵送）和蠕动泵送。本文采用浸入边界法和自适应网格加密技术（IBAMR）数值模拟了红细胞压积对无瓣绕流的影响。同时考虑了离心泵和动态抽吸泵。在动态抽吸泵送的情况下，心脏和循环系统被简化为连接到相对刚性的跑道的柔性管。对于一些沃默斯利数（Wo）制度，有显着的净流量周围的赛道。我们发现柔性血细胞的添加不会显著影响Wo $\leq$ 10的管内的流速。另一方面，对于所考虑的所有Wo和所有红细胞压积，红细胞压积始终驱动赛道周围的血液。
2016-10-11 physics.flu-dyn q-bio.TO
Mathematical modelling of blood flow through a tapered overlapping stenosed artery with variable viscosity
Jadavpur University（贾达普大学）
本研究通过Frobenius方法求解控制方程，分析了外加磁场下可变粘度血液在锥形重叠狭窄动脉中的流动，揭示了血细胞比容、磁场和动脉形状对速度、压力梯度和壁面剪切应力的影响。
2012-09-24 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Effect of tube diameter and capillary number on platelet margination and near-wall dynamics
研究了管径$D$和毛细血管数$Ca$对$\approx 37\%$管红细胞压积下血流中血小板边集的影响。该系统被建模为三维悬浮液的可变形的红细胞和几乎刚性的血小板使用的晶格玻尔兹曼，浸没边界和有限元方法的组合。结果表明，边缘化是由非扩散径向血小板运输促进。这种效应在无细胞层边缘附近很重要，但仅在$Ca > 0.2$中观察到，此时红细胞是坦克踩踏而不是翻滚。还显示血小板在无细胞层中的捕获对于$Ca \leq 0.2$是可逆的。仅对于最小的研究试管（$D = 10 μ\text{m}$），边集基本上与$Ca$无关。一旦血小板到达无细胞层，它们倾向于滑动而不是翻滚。翻滚速率基本上与$Ca$无关，但随$D$增加。由于$\approx 37\%$试管红细胞压积的无细胞层厚度相对较小，因此通过强约束抑制翻滚。
2015-05-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Predicting the vascular adhesion of deformable drug carriers in narrow capillaries traversed by blood cell
在血管靶向治疗中，血液载体应实现药物从管腔侧向病变组织的持续释放。在这种情况下，需要这种载体牢固地粘附在血管壁上足够长的时间，同时抵抗由血流和循环细胞引起的力扰动。在这里，一个混合计算模型，结合格子玻尔兹曼（LBM）和浸没边界方法（IBM），提出了用于预测颗粒在狭窄的毛细血管（7.5 $μ\mathrm{m})$穿过血细胞。当沿毛细血管流下时，球状和双凹可变形细胞（$7 μ\mathrm{m}$）遇到$2 μ\mathrm{m}$盘状颗粒，粘附在血管壁上。颗粒具有从$0.25$到$1.0$的纵横比和从刚性$(\mathrm{Ca}=0)$到软质$\left(\mathrm{Ca}=10^{-3}\right)$的机械刚度。细胞-颗粒相互作用通过三个独立的参数随时间定量预测：细胞膜拉伸$δp$ ;细胞-颗粒距离$r$，以及接合的配体-受体键$N_{\mathrm{L}}$的数量。
2022-10-12 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
3D Computer Simulations of Pulsatile Human Blood Flows in Vessels and in the Aortic Arch: Investigation of Non-Newtonian Characteristics of Human Blood
本文应用计算流体动力学方法模拟了人体血管和主动脉弓中的脉动血流，研究了人体血液在实际尺寸的简单血管中的非牛顿行为。一个详细的时间相关的数学收敛性测试已经进行。在所有模拟中使用真实的脉动流。两种不同的几何形状的血管中的血液流动的计算机模拟的结果。对于压力，应变率和速度分量分布，我们发现我们的结果与现实的非牛顿治疗人类血液和文献中广泛使用的方法：一个简单的牛顿近似之间的显着分歧。一个显着增加的应变率，因此，壁烧灼应力分布，被发现在该地区的主动脉弓。我们认为这一结果作为理论证据，支持现有的临床观察和那些不使用非牛顿治疗模型低估了破坏人体血管系统的风险。
2008-02-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Shape dynamics of a red blood cell in Poiseuille flow
我们使用数值模拟来研究红细胞（RBC）在无约束和约束Poiffille流中的动力学。以前的数值研究与3D囊泡表明，拖鞋的形状在实验中观察到的高毛细管数可以归因于由于在较高的粘度对比度的壁推和向外迁移的趋势的相互作用的双稳态。在本文中，我们研究了这种向外迁移和双稳态使用数值模拟的3D胶囊和提供相图的红细胞动力学和无粘度对比。我们观察到一个双稳态的拖鞋和羊角面包在限制Poietille流的粘度对比，在实验中观察到。
2022-03-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The influence of physiological flow development on popular wall shear stress metrics in an idealized curved artery
我们数值研究二次流模式和随后的壁面剪切应力分布在弯曲动脉模型的流动发展的影响，我们计算血管指标通常用于评估血流特性的变化，因为它适用于动脉疾病。我们用一个简单的，刚性的180度弯曲管模拟人体动脉，该管具有圆形横截面和恒定曲率，忽略锥度，扭转和弹性的影响。高保真度的数值结果计算从一个内部的不连续谱元素流解算器。本研究中使用的流速为生理流速。我们进行这项研究，使用牛顿血液模拟流体进行脉动流与两个流入条件。第一流动条件完全发展，而第二条件未发展（即均匀）。我们观察和讨论的差异，出现在生理波形的快速加速和减速阶段的二次流模式，我们直接连接的强度变化，这些二次流模式沿曲率的壁面剪切应力指标的差异，为每个入口条件。结果表明，在未开发的条件下，降低轴向速度产生不太强烈的二次流，反过来，降低了壁面剪应力矢量的振荡和多向性质，我们将这种影响与计算应力度量的异常。这些结果表明，潜在的较低的患病率，在弯曲的入口流量是相当不发达的生理相关的结果，以进一步了解血流发展对疾病的影响。
2022-09-18 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Non-Newtonian characteristics of peristaltic flow of blood in micro-vessels
本文关注的是对血液通过微血管（例如，小动脉）的蠕动流动的非牛顿特性的广义理论研究。血管被认为是可变的横截面，血液是赫歇尔-巴尔克利型流体。蠕动流的前进波前假定为正弦/直线段主导（SSD）（扩张/收缩型）;雷诺数被认为相对于微循环系统中的血流较小。控制血液的非牛顿蠕动流动的方程被认为是非线性的。研究的目的是考察振幅比、平均压力梯度、屈服应力和幂律指数对速度分布、壁面切应力、流线型和捕获的影响。据观察，上述数量的蠕动运输的血液在通道中的情况下的数值估计是非常不同的那些在圆形横截面的轴对称血管中的流动。研究进一步表明，蠕动泵，流速和壁面切应力显着改变，由于微循环系统的血管的横截面半径的不均匀性。此外，振幅比的大小和流体指数的值是影响流动行为的重要参数。SSD波传播的影响血液的流动行为的新功能也进行了讨论。
2012-12-14 math-ph math.MP physics.bio-ph
MHD Pulsatile Two-Phase Blood Flow Through a Stenosed Artery with Heat and Mass Transfer
本文研究了辐射和化学反应对狭窄动脉内两相脉动血流的传热传质影响。假设垂直动脉，其中沿动脉的径向方向施加磁场。将血液在核心区和血浆区视为牛顿流体，分析了狭窄动脉中血液的特性。已经找到了血液流动的速度、能量和浓度方程的精确解。为了理解血流的行为，针对不同的磁和辐射参数值描绘了速度分布、壁面剪切应力、流速、流动阻抗和浓度分布的图。为了验证我们的研究结果，已经提出了一个比较研究之间的单相和两相模型的血液流动，它是观察到，两相模型更准确地符合实验数据比单相模型。对于脉动流，压力梯度和流速之间的相位差已通过磁场参数和狭窄高度显示。绘制了10%、20%和30%动脉阻塞情况下的等值线图。
2018-07-26 physics.flu-dyn
Mathematical Modeling of Blood Flow for a Diseased Model with Therapeutic Nanoparticles
本研究通过数学模型和摄动法，分析治疗性纳米颗粒在患病动脉血流中的动力学、温度与浓度扩散，以优化靶向药物递送并减少副作用。
2023-08-30 physics.flu-dyn
Murray's law revisited: Quémada's fluid model and fractal trees
1926年，Murray提出了血管优化设计的第一定律。他最大限度地减少了液体循环和血液维护之间的权衡所产生的功耗。该定律基于恒定的流体粘度，指出在最佳配置中，容器内的流体流速与容器半径的立方成比例，这意味着壁剪切应力不依赖于容器半径。默里定律在血液大循环中成立，但在微循环中不成立。2005年，Alarcón等人考虑了血液相分离效应导致的粘度对血管半径的非单调依赖性- Fåhræus-Lindqvist效应。它们能够正确地预测微循环中壁面切应力的行为。然而，最后一个关键步骤仍然存在：解释血液粘度对剪切速率的依赖性。在这项工作中，我们调查如何粘度依赖于剪切速率影响默里定律。我们将Murray的最优设计扩展到Quémada流体的整个范围，即模拟血液等伪塑性流体。我们的研究表明，Murray的原始定律并不局限于牛顿流体，只要不存在相分离效应，它实际上对所有的Quémada流体都是普适的。当出现相分离效应时，我们得到了Murray定律的一个推广形式.我们的分析是非常普遍的，适用于大多数流体与剪切相关的流变。最后，我们研究这些扩展的法律如何影响分形树的最佳几何形状，以模仿理想化的动脉网络。
2015-11-03 physics.flu-dyn
Impact of Turbulence Modeling on the Simulation of Blood Flow in Aortic Coarctation
主动脉缩窄处脉动血流的数值模拟需要使用湍流模型。本文认为三个模型从类的大涡模拟（LES）模型（Smagorinsky，Vreman，$\boldsymbolσ$模型）和一个模型从类的变分多尺度模型（残差为基础的）在有限元框架内。这些模型对用于评估病理状况的严重程度的临床相关生物标志物的估计的影响（压力差，二次流程度，归一化流动位移，壁剪切应力）进行了详细研究。模拟结果表明，大多数方法在压力差和狭窄速度等严重性指标方面是一致的。数值结果表明，二阶速度元的精度优于一阶速度元。此外，使用二阶速度有限元，不同的湍流模型可能会导致其他临床相关量（如壁面剪应力）的显著不同结果。这些差异可能归因于湍流模型引入的数值耗散的差异。
2022-09-01 cs.CE physics.flu-dyn physics.med-ph
On nonlinear waves of the blood flow through arteries
我们讨论了行波在充满血液的弹性动脉轴对称扩张（一个理想化的动脉瘤）的传播。损伤动脉中的过程由动脉壁的运动方程和流体（血液）的运动方程来建模。对于长波近似的情况下，模型方程减少到一个版本的扰动Korteweg-deVries方程。本文用改进的最简方程法，将Abel微分方程作为最简方程，求出了该方程的精确行波解。从动脉力学的角度讨论了所获得的精确解的一个特殊情况。
2016-12-24 nlin.PS physics.bio-ph physics.flu-dyn
Non-Kolmogorov Turbulence and Inverse Energy Cascade in Intracranial Aneurysm: Near-Wall Scales Suggest Mechanobiological Relevance
颅内动脉瘤的发生、发展和破裂是神经血管医学的一个悬而未决的问题。动脉瘤的机械生物学和病理生物学的复杂性惊人地结合了紧密相连的交织的生物和物理过程。最近，IA血流中的湍流转变被认为在IA生长和破裂中起核心作用，因为它可以与内皮功能障碍直接相关。然而，湍流问题给这一主题带来了前所未有的复杂性。我们发现IA中的湍流是非Kolmogorov型的。我们首次在血流和非Kolmogorov湍流中检测到逆动能级联。在这里，我们假设，近壁湍流经历逆能量级联的规模，可能会影响内皮细胞的机械信号。我们的发现可能是动脉瘤血流动力学当代理论的范式转变。
2020-01-22 physics.bio-ph physics.flu-dyn physics.med-ph
Forced and natural dynamics of a clamped flexible fiber in wall turbulence
本研究通过直接数值模拟探究壁湍流中夹持柔性纤维的动力学特性，发现两种拍动状态，首次揭示湍流主导区纤维摆动频率与流动最大尺度的正比关系，以及夹持端对涡同步的阻碍作用。
2023-11-15 physics.flu-dyn
Modelling pulsatile blood flow through surgically coupled microvascular anastomoses
微血管重建中血管缝合吻合（手术连接）后术后动脉血栓形成的显著发生率引发了UNILINK耦合器等工程解决方案的开发。这些器械降低了血栓形成率，最近的数值研究表明，这是由于与缝合血管相比，吻合部位的剪切应变率降低所致。在这项工作中，我们开发和分析解决微血管吻合问题的第一个数学模型，从而发现使用这些手术耦合装置的血栓形成率可以通过降低连接处壁变形的梯度来进一步降低。
2018-04-17 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Several results from numerical investigation of nonlinear waves connected to blood flow in an elastic tube of variable radius
本文研究了不可压缩流体在弹性壁圆柱管内的流动。管的半径可沿其长度变化。所讨论的问题与人体大动脉中的血流有关，特别是与心脏脉动引起的非线性波传播有关。应用长波近似对血液中的波进行建模。将所得到的变系数模型Korteweg-deVries方程化为一个由3个一阶微分方程组成的非线性动力系统。孤立波产生的概率较低。周期波方程组的模型系统的解决方案进行了研究，它表明，波的后果，不规则的心脏脉动可以模拟由一系列的部分，这样的周期波解决方案。
2015-09-29 nlin.PS physics.flu-dyn
Computer Simulations of Pulsatile Human Blood Flow Through 3D-Models of the Human Aortic Arch, Vessels of Simple Geometry and a Bifurcated Artery: Investigation of Blood Viscosity and Turbulent Effects
我们报告的计算结果，通过人体主动脉弓和血管的实际直径和长度的模型的血流。在主动脉弓的顶部，包括%%三条动脉的分支：锁骨下动脉和颈静脉。一个现实的脉动流被用于所有的模拟。分叉型容器的计算也进行了，并提出。考虑了数值求解流体动力学方程的不同数学方法。人类血液的非牛顿行为与湍流效应一起研究。一个详细的时间相关的数学收敛性测试已经进行。三种不同的几何形状的血管中的血液流动的计算机模拟的结果：压力，应变率和速度分量分布，我们发现我们的结果与现实的非牛顿治疗人类血液和文献中广泛使用的方法之间的显着分歧：一个简单的牛顿近似。一个显着增加的应变率，因此，壁面剪应力分布，被发现在该地区的主动脉弓。湍流效应被发现是重要的，特别是在分叉血管的情况下。
2008-11-09 physics.flu-dyn physics.med-ph
Effects of Geometric Modelling and Blood Rheology in Patient-Specific Arterial Blood Flow Simulations with Speed-Accuracy Trade-Off Analysis
本研究探讨了患者特异性动脉血流模拟中几何简化与血液流变学模型对速度-精度权衡的影响，通过3D模拟验证了理想化几何体在保持准确性的同时提升计算效率的可行性。
2025-12-10 physics.flu-dyn
A unified analysis of nano-to-microscale particle dispersion in tubular blood flow
当颗粒从纳米级变化到微米级尺寸时，与红细胞（RBC）相比，固体颗粒在血流中的运输表现出运输机制的质的差异。几个小组已经研究了微尺度颗粒边缘化的影响。此外，血液中纳米颗粒（NPs）的运输在过去也受到了相当大的关注。这项研究试图通过定量地显示传输机制如何随颗粒尺寸从纳米到微米尺度而变化来弥合这一差距。使用三维（3D）的多尺度方法，在微尺度的管状流的颗粒的分散进行了研究，为各种血细胞比容，血管直径和颗粒尺寸。由于严重的布朗运动，纳米颗粒在整个管半径上表现出不均匀的、平滑分散的分布。通过增加红细胞压积和限制，可以适度增强NP的近壁浓度。此外，存在临界颗粒尺寸（$\sim$ 1 $μ$ m），其导致颗粒过度保留在壁附近的无细胞区域中，即，边缘化在该阈值以上，边集倾向随着颗粒尺寸而增加。RBC增强的剪切诱导扩散率（RESID）超过布朗扩散率（BD）的优势导致RBC负载区域中的径向扩散速率比无细胞层中的径向扩散速率高10倍，这与微尺度颗粒的高边缘化倾向相关。这项工作捕获的颗粒尺寸依赖的过渡从布朗运动占主导地位的分散边缘使用统一的三维多尺度计算方法，并突出了径向分布的RESID和边缘的粒子在受限的血流之间的联系。
2019-10-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Lateral migration of flexible fibers in Poiseuille flow between two parallel planar solid walls
本文从Stokes方程出发，用精确的多极程序HYDROMULTIPOLE数值求解了非布朗柔性纤维在两个平行平面固体壁之间Poillille流中的动力学。纤维向离壁zc的临界距离迁移，这显著取决于纤维长度N和弯曲刚度A。因此，zc的计算值可用于分选纤维。三种模式的动力学被发现，取决于一个剪切弯曲参数γ。在第一种模式中，刚性纤维仅稍微变形并靠近壁积聚，这是由于远离通道漂移的趋势和与壁的排斥性流体动力相互作用之间的平衡。这一机制通过在无界Poiffille流中的模拟得到了证实。在第二种模式中，柔性纤维显著变形并远离壁积聚。在这两种模式下，翻滚模式是可重复的。在第三种模式中，纤维甚至更加弯曲，并且它们的翻滚是不规则的。
2012-08-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Enhanced transport of flexible fibers by pole vaulting in turbulent wall-bounded flow
研究揭示湍流槽道流中长柔性纤维经壁面碰撞产生类似撑杆跳的反弹迁移，使中心浓度和净通量提高，且该效应随纤维长度接近槽道高度而增强。
2023-04-19 physics.flu-dyn
Modeling blood flow in networks of viscoelastic vessels with the 1-D augmented fluid-structure interaction system
血流建模中一个值得注意的方面是流体流和包含它的生物结构（即血管壁）之间的机械相互作用的定义。已经证明，与体内测量相比，向血管的机械表征添加粘性贡献带来了积极的结果。在这种情况下，能够保持记忆的血管壁的粘弹性贡献的边界条件的数值实现承担了重要的作用，特别是当处理大型循环系统。在这项工作中，粘弹性是考虑在整个网络通过标准线性固体模型。考虑数学模型的双曲线性质，在边界（入口、出口和接头）处实施粘弹性贡献。基于Riemann问题的定义，建立了一个非线性系统，其特征为由接触间断分隔的稀疏波，其中质量和总能量守恒。分析了基本的连接测试，例如普通动脉和静脉的普通2血管连接，以及考虑主动脉分叉情况的简单3血管连接。所选择的渐近保持IMEX龙格库塔有限体积格式被证明是二阶精度在整个域和良好的平衡，即使包括路口。两个不同的基准模型的动脉网络的实施，不同的血管数量和粘弹性参数。在两个网络中获得的结果的比较强调了所选择的粘弹性参数的模型的高灵敏度。在整个网络中评估由血管壁的粘弹性表征提供的贡献的守恒，包括连接点和边界条件。
2022-02-16 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A Simulation of Blood Cells in Branching Capillaries
多细胞流体动力学相互作用在微循环中的血流现象中起着关键作用。已经开发了一种快速算法来模拟大量的细胞建模为弹性薄膜。对于作为血液中的主要成分的红细胞，膜具有对表面扩张的强抵抗力，但在弯曲时是柔性的。我们的数值方法解决了边界积分方程建立在格林函数的斯托克斯流在周期域。这个流体动力学视频是该模型处理具有多种不同细胞的复杂几何形状的能力的一个例子。毛细管分支的几何形状已被建模的基础上观察到的毛细管网络。分支的直径在10-20 μ m之间变化。恒定的平均压力梯度驱动流动。在本流体动力学视频中，红细胞初始为双凹面圆盘，白细胞和血小板分别初始为球体和椭圆体。由于细胞间的非线性相互作用，红细胞压积和平均速度在不同分支中不同。在生理学上，红细胞包围着血红蛋白的浓缩溶液，其粘度大约是血浆的五倍，但是对于这种模拟，红细胞内部和外部的流体的粘度是相同的。
2008-10-10 physics.flu-dyn q-bio.TO
clotFoam: An Open-Source Framework to Simulate Blood Clot Formation Under Arterial Flow
针对复杂几何中血流下凝固模拟的高计算成本与多尺度挑战，开发了基于 OpenFOAM 的开源框架 clotFoam，结合血小板平流扩散聚集的连续介质模型与简化凝血模型，为复杂计算域的可靠模拟奠定基础。
2023-08-01 cs.MS physics.bio-ph physics.flu-dyn
Uncertainty quantification of viscoelastic parameters in arterial hemodynamics with the a-FSI blood flow model
这项工作的目的是识别和量化的不确定性有关的弹性和粘弹性参数，其特征在于动脉壁的行为，在一维人体动脉血流动力学建模。所选择的不确定性参数建模为随机高斯分布变量，使随机的控制方程系统。所提出的方法进行了初步验证模型方程，提出了一个彻底的收敛性研究，证实了随机配置方法的频谱精度和二阶精度的IMEX有限体积方案选择解决的数学模型。然后，单变量和多变量不确定性定量分析应用于a-FSI血流模型，涉及基线和患者特定的单动脉测试用例。当将流速和速度波形的变化性与压力和面积的变化性进行比较时，描绘了不同的灵敏度，后者对血管壁的机械表征的参数不确定性更加敏感。考虑简单的弹性和更现实的粘弹性本构关系进行的模拟表明，粘度参数的巨大的不确定性起着重要的作用，在预测的压力波形，扩大了这个变量的置信区间。体内记录的患者特定压力数据在使用所提出的方法获得的输出的置信区间内，并且计算压力的预期值与记录的波形相当。
2020-12-30 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A Meshless Solver for Blood Flow Simulations in Elastic Vessels Using Physics-Informed Neural Network
本文提出一种基于物理信息神经网络的无网格方法，通过任意拉格朗日-欧拉形式的Navier-Stokes方程和线性弹性方程模拟弹性血管中的血流，实验表明其能高效处理复杂几何并保持高精度。
2024-06-06 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A numerical investigation of the mechanics of intracranial aneurysms walls: Assessing the influence of tissue hyperelastic laws and heterogeneous properties on the stress and stretch fields
在过去的二十年中，数值模拟已被广泛用于颅内动脉瘤（IA）的研究，这是一种发生在到达大脑的动脉中的危险疾病。在破裂的情况下，它们可能影响多达10%的世界人口，死亡率高达50%。在物理上，颅内动脉瘤内的血液流动应建模为流固相互作用问题。然而，大多数这些工作都集中在血管内血流的血液动力学，而忽略了壁组织的机械响应完全，通过刚性壁建模，或使用有限的建模假设的组织力学。其中一个解释是缺乏关于IA壁的属性的数据，从而限制了更好的建模选项的使用。不幸的是，这种情况仍然是如此，因此我们目前的研究调查不同的建模方法来模拟IA的运动的效果。我们使用了三种超弹性定律和两种不同的方式来建模壁厚和组织力学特性-一种假设两者都是均匀的，而另一种则通过使用“血液动力学驱动”的方法来解释壁的异质性，其中厚度和材料常数随心脏周期平均血液动力学在空间上变化。脉动的数值模拟，与患者特定的血管几何形状窝藏IA，进行了使用单向流体-固体相互作用的解决方案的战略，其中的血液流动的解决方案，并作为壁运动的驱动力。我们发现，不同的壁形态模型产生较小的绝对差异的机械响应比不同的超弹性定律。此外，IAs壁的拉伸水平对超弹性和材料常数比应力更敏感。这些研究结果可用于指导IA模拟的建模决策。
2022-10-11 physics.flu-dyn
Bendocapillary Instability of Liquid in a Flexible-Walled Channel
研究了部分充满柔性壁通道的液滴的弯曲毛细管不稳定性。受实验的启发，其中出现的“编织”图案作为液滴慢慢地冷凝成可变形的微通道，我们开发了一个数学模型，这种不稳定性。我们描述的系统的平衡，并使用数值方法的组合，并在小通道壁偏转的极限渐近分析，阐明这种不稳定的关键特征。我们发现，配置总是不稳定的扰动足够小的波数，不稳定的增长率是高度敏感的液体在通道中的体积，润湿和非润湿配置是容易受到不稳定在同一个通道。深入了解新的界面不稳定性打开了控制的可能性，从而在工艺，如微加工开发。
2022-12-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
How does human blood rheology influence arterial and cardiovascular device hemodynamics? A comprehensive review, discussion, and future directions
Indian Institute of Technology Ropar（印度技术学院罗帕尔分校）
本综述系统评估血液流变学对动脉及心血管器械血流动力学的影响，批判性分析牛顿近似适用性，并总结关键流变效应与未来研究方向。
2026-09-21 physics.flu-dyn physics.med-ph
A coupled CFD-FEA study of the sound generated in a stenosed artery and transmitted through tissue layers
研究了一种新的计算方法，用于模拟单侧狭窄动脉中血流诱导声的产生和传播。这种计算血液声学方法是基于映射血管壁上的瞬态压力（力）波动和在频域中求解结构振动。这些振动在表皮表面被检测为声音。目前的水振动声方法采用两步，单向耦合的方法，在流动域中的声音产生和其通过组织层的传播。通过与以往的分析和计算结果进行比较，验证了结果。据发现，杂音（由狭窄周围的流动产生）主要与狭窄下游的动脉壁上的积分压力的时间导数有关。本研究中使用的方法的优点包括：（a）能够以更快的求解时间提供准确的解;（b）准确捕获在表皮表面上测量的速度波动的突变频率;（c）包括血流和动脉壁之间的流体结构相互作用。
2018-04-09 physics.flu-dyn
Hemodynamic Simulation in the Aortic Arch Under Anemic Diabetic and Healthy Blood Flow Conditions Using Computational Fluid Dynamics
本研究通过CFD模拟比较贫血、糖尿病和健康血流在主动脉弓的血流动力学，揭示血液黏度差异对WSS和压力梯度的影响，支持CFD用于无创血管风险评估。
2025-06-20 cs.NA math-ph math.MP
Clustering of microscopic particles in constricted blood flow
红细胞（RBC）和微粒的混合悬浮液流过一个圆柱形通道，该通道具有模仿狭窄血管的收缩部。我们的三维格子玻尔兹曼模拟表明，红细胞在收缩前后都被耗尽了。虽然红细胞平均浓度（红细胞压积）为16.5%或23.7%，但其轴向浓度分布与沿中心轴流动的孤立示踪粒子的浓度分布非常相似。然而，最重要的是，我们发现刚性微粒表现出相反的行为。到达通道壁附近的边缘位置时，只有当它们找到合适的间隙以浸入占据通道中心的红细胞密集塞中时，它们才能穿过缩窄部。这导致停留时间延长，并且因此导致收缩部正前方的微粒浓度显著增加。对于诸如药物递送剂或活化的血小板的生物化学活性颗粒，这种聚集可能导致生物化学活性的生理学相关热点。
2016-08-22 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
