基于状态方程的多相格子 Boltzmann 方法对肺部气道重开的数值模拟
流体动力学
2021-03-16 v1
摘要
气溶胶的形成与肺部气道重开过程中液塞的破裂有关。该过程的流体动力学难以预测，因为破裂涉及复杂的液-气相变。状态方程（EOS）在液-气相变的热力学过程中起着关键作用。在此，我们提出了一种基于 EOS 的多相格子 Boltzmann 模型，其中非理想力由 EOS 直接求值。该多相模型用于模拟肺部气道重开并研究呼气过程中的气溶胶形成。该数值模型首先通过 Fujioka 等人（2008）的模拟进行了验证，结果与他们的研究合理吻合。此外，对比并分析了有气溶胶形成和无气溶胶形成的两种破裂情形。研究发现，在有气溶胶形成的情形中，上皮损伤本质上与无气溶胶形成时相同，即使气道压降增加了约 67%。随后进行了大量模拟，以研究压降、液塞厚度和液膜厚度对气溶胶尺寸和机械应力的影响。结果表明，气溶胶尺寸和机械应力随压降增大和液塞厚度增加而增大，而随液膜厚度增加而减小。本多相模型可扩展用于研究可携带流感或冠状病毒生物颗粒的生物气溶胶的生成与传播。
引用
@article{arxiv.2103.08301,
title = {Numerical simulation of pulmonary airway reopening by the EOS-based multiphase lattice Boltzmann method},
author = {Bing He and Chunyan Qin and Wenbo Chen and Binghai Wen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.08301},
year = {2021}
}
备注
16 pages,12 figures