用于流固血液动力学模拟的格子 Boltzmann 方法与0维-3维直接耦合
流体动力学
2022-08-19 v2 数值分析
数值分析
摘要
本工作介绍了一种数值方法及其实现，用于将任意复杂常微分方程（ODE）控制的零维（0D）边界条件与基于三维（3D）格子 Boltzmann 的流固系统直接耦合，以用于血液动力学研究。特别地，通过考虑一个由非线性、非平稳混合ODE-Dirichlet系统控制（并作为之应用）的动态左心室（LV）弹性心脏模型，处理了最为复杂的构型。其他基于ODE的边界条件，如用于截断血管的集总参数Windkessel模型，亦被考虑。通过对完整的0D-3D求解器（包括其对格子 Boltzmann 流体方程和弹性动力学方程及其相互作用的处理）进行多种基准和收敛性研究，展示了该耦合0D-3D方法生成生理性压力和流量波形的能力——最终使得能够探索耦合LV-动脉系统血液动力学研究的各种物理和生理参数。本文提出的方法可轻松应用于其他基于ODE的边界条件，以及其他由3D格子 Boltzmann 方程建模且需要动态0D边界条件直接耦合的流体问题。
引用
@article{arxiv.2112.05258,
title = {Direct 0D-3D coupling of a lattice Boltzmann methodology for fluid-structure hemodynamics simulations},
author = {Heng Wei and Faisal Amlani and Niema M. Pahlevan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.05258},
year = {2022}
}