黏性与黏弹性介质中可变形颗粒悬浮液的浸没有限元方法

黏性与黏弹性介质中的可变形弹性体构成了大量合成与生物复杂流体。我们提出了一种并行化的三维模拟方法，可完全求解固体与流体域中的动量平衡。该方法采用一种称为浸没有限元方法（IFEM）的浸没边界算法，可精确确定固体域中的内力。所用格式具有无需昂贵重网格化、可处理有限雷诺数、以及可在流体域中引入非线性黏弹性的优势。我们的算法专为高效计算模拟具有混合结构类型的多颗粒悬浮液而设计。IFEM中固体域的内力计算与基于有限体积法的不可压缩流体求解器相耦合，二者均针对分布式内存架构进行了大规模并行化。我们进行了广泛的案例研究以确保算法的保真度。具体而言，在黏性与黏弹性介质中对胶囊、红细胞及弹性固体可变形颗粒进行了一系列单颗粒模拟。我们的所有结果均与文献中基于不同模拟平台报道的相应数据在定量上高度吻合。此外，我们评估了含与不含血小板的血液悬浮液（血浆中的红细胞）多颗粒模拟的准确性。最后，我们给出了黏弹性介质中多个固体可变形物体新颖模拟的结果。