一种经验证与确认的动域 CFD 求解器及其在心血管流动中的应用

计算流体动力学（CFD）结合患者特异性医学图像已被用于关联流动表型与疾病的起始、进展和结局，以寻求一种前瞻性临床工具。现有大量 CFD 软件包，但通常基于刚性域和低阶有限体积法，且常实现于庞大的底层 C++ 库中。此外，仅有少数求解器针对其预期用途进行了恰当的验证与确认。我们的目标是开发、验证并确认一个开源的动域 CFD 求解器，应用于心血管流动。该求解器是 CFD 求解器 Oasis 的扩展，后者基于有限元法并使用开源框架 FEniCS 实现。新求解器命名为 OasisMove，通过以任意拉格朗日-欧拉公式表达 Navier-Stokes 方程来扩展 Oasis，适用于处理动域。对于代码验证，我们采用构造解方法求解动域二维涡问题；对于确认，我们将结果与现有高分辨率模拟及两个不同复杂度的动域问题的实验室实验进行比较。验证结果显示 $L_2$ 误差遵循理论收敛率。时间精度为二阶，而使用 P1/P1 与 P2/P1 有限元时空间精度分别为二阶与三阶。确认结果与现有基准结果吻合良好，以小于 1% 的误差复现升力与阻力系数，并展示了该求解器捕捉转捩及类湍流流态中涡模式的能力。总之，我们已表明 OasisMove 是一个开源、精确且可靠的运动域心血管流动求解器。