一种基于傅里叶且无数值扩散的染料模拟与粒子停留时间计算方法
流体动力学
2023-09-25 v3 数值分析
数值分析
摘要
染料实验是实验流体力学中广泛用于流动分析或流体中颗粒输运研究的手段。该技术在从心血管系统血流动力学分析到眼循环的 biomedical 诊断应用中尤为有用。然而，模拟由对流-扩散偏微分方程（PDE）控制的染料，也可作为计算流体动力学（CFD）应用的一种有用后处理分析方法。此类模拟可用于识别非定常流场中特定关注时间间隔内不同空间子区域的相关重要性。此外，染料演化与由类似PDE控制的非离散粒子停留时间（PRT）计算密切相关。本文提出了一种基于傅里叶延拓（FC）的伪谱方法，用于进行染料模拟和非离散粒子停留时间计算，且无数值扩散误差。通过构造解和解析解进行了收敛性与误差分析。该方法应用于三个不同的物理/生理案例：1）二维（2D）空腔上的流动；2）简化部分移植主动脉夹层模型中的脉动流；3）Fontan移植物中的非牛顿血流。尽管本工作中的速度数据由数值模拟提供，所提方法也可应用于通过实验技术（如粒子图像测速）收集的速度数据。
引用
@article{arxiv.2112.05257,
title = {A Fourier-based methodology without numerical diffusion for conducting dye simulations and particle residence time calculations},
author = {Faisal Amlani and Heng Wei and Niema M. Pahlevan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.05257},
year = {2023}
}