通过密集阀门阵列的蠕动泵送工作原理

浸没的非线性元件普遍存在于需要优先流动方向的生物系统中，例如静脉与淋巴系统。我们在此研究一类特定模型，其中流体由蠕动泵送驱动，非线性元件为完全抑制回流的理想阀门。这一高度非线性系统产生难以研究的间断解。我们表明，随着阀门密度增大，压力与流动可由可解析处理的连续阀门介质良好近似，并通过数值模拟证明该近似即便在中等阀门密度下也表现良好。我们发现，对于小蠕动力，诱导流动与蠕动幅值呈线性关系；在正弦蠕动情形下，其与泵送方向无关。尽管使用了连续近似，通过适当修正流体阻力仍考虑了物理阀门密度。回流的抑制在阀门密度较低时带来增加阀门的净收益，但一旦密度足够高，阀门主要抑制前向流动，表明每波长存在最优阀门数。本文提出的通过阀门阵列蠕动泵送的连续模型，最终可为一类广泛非线性元件构成的复杂流动网络的设计与工作原理提供见解。