摘要: 研究红细胞在血液循环中，尤其是在微循环中的运动规律是人们近年来关注的重要课题之一。微循环作为人体血液循环系统的最基层结构和功能单位，在整个血液循环中起着重要的作用，但迄今为止，关于微血管内血液的流动特性及其对血管壁的作用，研究的人... 展开 研究红细胞在血液循环中，尤其是在微循环中的运动规律是人们近年来关注的重要课题之一。微循环作为人体血液循环系统的最基层结构和功能单位，在整个血液循环中起着重要的作用，但迄今为止，关于微血管内血液的流动特性及其对血管壁的作用，研究的人还不多。 本文首先概述了微循环流体力学的发展历史和研究现状，对目前研究微循环流体运动常采用的方法作了简单的回顾和介绍，进而阐述了本研究的目的以及意义。 其次，介绍了计算流体动力学和血液流动的基本理论，给出了血液循环的基本模型和流动方程，分析了红细胞在血液中的变形性，结合本研究的特点，确定了适合本研究的模型，并建立了血液两相流动的连续方程和动量方程。 目前格子Boltzmann方法已被普遍认为是一种新的流体力学计算方法，其高效、精确和鲁棒性已得到广泛的证实。该模型已被广泛应用于研究湍流、两相流、反应扩散系统、颗粒流和悬浮流等系统。本文将格子Boltzmann方法（Lattice Boltzmann Method，LBM）与浸入边界法（Immersed Boundary Method，IBM）相结合，应用于模拟红细胞在微循环中的运动。LBM用于仿真不可压缩的流场，而IBM用于处理固-液接触面上的相互作用。此方法不仅保留了LBM在仿真各种流体中所具有的优势，同时为处理液-固边界条件问题提供了一种更好的理论。 在微循环中，血液中红细胞的尺度与血管尺寸相近，需要计入血液中红细胞和血浆的相互作用。在很多研究红细胞运动规律的文献中，一般将红细胞看作刚性圆球或椭圆，本文将红细胞可看作一种液态的胶囊，形状为双凹碟形，细胞膜用一系列随流体运动的点代替，并在格子Boltzmann方程中引入一个外加的力项来表征细胞附加于流体上的外力。经算法仿真，得到了红细胞所处流体的速度剖面图、红细胞的坦克履带式运动，以及单细胞在微血管中变形和运动的分解图。 接下来，为了进一步研究红细胞在血液中的流动，利用有限元流体仿真软件FLUENT对红细胞沿轴线运动时的血液流动进行了数值模拟，分别建立了红细胞的二维模型及三维模型。所得仿真结果与现有医学资料相符，从而证明了本文的结果是正确的，采用的方法是行之有效的。 收起