使用以细菌位置定义拉格朗日节点的浸入边界法进行空间异质性生物膜模拟
数值分析
2013-02-18 v1 计算工程、金融与科学
流体动力学
摘要
本文研究表面附着细菌生物膜群落如何在流动系统中响应。我们使用浸入边界法模拟流固耦合与分离过程。在这些模拟中，我们对生物膜建模并模拟其与周围流体不同的密度和粘度值。模拟还包含了连接生物膜中细菌的可断裂弹簧，从而将侵蚀和脱落纳入模拟。我们使用不可压缩 Navier-Stokes（N-S）方程描述流动流体的运动。我们使用有限差分法离散流体方程，并在每个时间步使用几何多重网格法求解所得方程。由于生物膜与周围流体之间密度和粘度差异显著，多重网格的使用是必要的。我们在二维和三维空间中对模型进行了研究和模拟。我们的方法与以往使用 IBM 模拟生物膜/流动相互作用的尝试有以下不同：生物膜的密度和粘度可以不同于周围流体，且拉格朗日节点位置对应于从表皮葡萄球菌生物膜的三维图像中实验测量的细菌细胞位置。
引用
@article{arxiv.1302.3663,
title = {Spatially Heterogeneous Biofilm Simulations using an Immersed Boundary Method with Lagrangian Nodes Defined by Bacterial Locations},
author = {Jason F. Hammond and Elizabeth J. Stewart and John G. Younger and Michael J. Solomon and David M. Bortz},
journal= {arXiv preprint arXiv:1302.3663},
year = {2013}
}
备注
43 pages, 18 figures, 9 tables