研究背景与核心目标 - 血液等非牛顿流体具有剪切稀化特性，即流动越快越稀，这是生命高效运转的流体密码[1] - 精准量化血液的非牛顿流体现象是血液计算力学领域的长期难题[3] - 西北工业大学团队旨在为复杂血流模拟建立统一的计算物理评价体系，为心血管疾病模拟诊断提供科学支撑[3] 研究内容与成果 - 研究系统梳理了自1919年以来的140项核心研究成果[3] - 建立了涵盖剪切稀化、黏弹性及屈服应力等特性的血流动力学计算物理评价体系[3] - 该体系为全球科研人员提供了计算模型选取的参考标准[3] - 研究确立了血液非牛顿特性的科学分界点，在此数值之下（如动脉瘤、血管狭窄区域），血液表现出明显的非牛顿特性，黏稠度会变化，红细胞更容易聚集[6] - 系统梳理了包括幂律模型、广义幂律模型、Cross及其修正模型、Bird-Carreau模型、Carreau-Yasuda模型、Quemada模型等在内的主流非牛顿流体模型的剪切率适用范围[6] 技术挑战与方法创新 - 在临床实践中，通过构建患者专属的“虚拟血管”模拟血流来辅助诊断，但血液黏稠度随流速变化，学界一直缺少统一的计算模型标准，导致不同算法结果差异明显[3] - 血管是柔软且富有弹性的，血流与血管壁之间存在“流固耦合”作用，尤其在动脉瘤或血管严重狭窄等病变区域，血管壁会产生大幅不规则变形，使传统血流仿真极易失真甚至计算崩溃[6] - 研究评价了双向流固耦合的整体法与分区法求解路径，指出分区法体系下的主流ALE方法在大变形场景下因频繁重网格化会导致计算冗余与收敛瓶颈[7] - 为突破“网格桎梏”，研究介绍了以光滑粒子流体动力学为代表的无网格方法，该方法能天然规避网格扭曲，提升大变形处理灵活性，并实现多相物理界面的精准追踪[7] 研究意义与未来方向 - 研究决策并无绝对的“普适解”，研究人员需在明确具体物理需求的基础上，权衡计算精度与资源效率以选择合适的算法[7] - 该项研究梳理了复杂血流模拟的现有计算框架，总结了血管壁变形模拟的不同路径[7] - 研究指出了当前非牛顿模拟在数学稳定性、参数统一性及静脉研究等方面的局限性[7] - 该研究为未来构建高精度患者特定模型、推动精准医疗奠定了理论基础[7]