中新社西安2月16日电 (记者 阿丽娜)当一容器盛有淀粉的水慢慢搅拌时，它变得像液体一样光滑，呈现出“柔软”的特性。然而，如果你搅拌得太快或敲得太用力，它就会变成固体并给人一种“硬”的感觉。这就是非牛顿流体的“剪切增稠”特性。非牛顿流体在强力影响下表现得像固体，在弱力或中性力影响下表现得像液体。
然而，这对于所有非牛顿流体都是如此。番茄酱、油漆、血等等，它们是完全不同的；它们流动得越快，就越薄、越轻。在血液流变学中，这种特性称为“剪切稀化”。它是一条流体索，让血液在血管中顺畅流动，让生命活动顺利进行。
血液稀释机制示意图。西北理工学院供图
由于血液的复杂性流学方面，如何准确量化这种非牛顿流体现象一直是计算血液力学领域的难题。西北工业大学能源与能源学院乔永辉教授团队系统整理了国内外现有的血液流变学研究成果，旨在建立统一的复杂血流模拟计算物理评估体系，为心血管疾病的模拟诊断提供科学支撑。
在临床实践中，医生可以构建患者特定的“虚拟血管”并模拟血流，以帮助诊断心血管疾病并预先确定血栓形成的风险。然而，血液并不是理想的液体，其粘度会根据流速而变化。学术界对于模拟时使用何种“非牛顿”计算模型缺乏统一标准，这也导致不同方法得到的结果存在明显差异。租金算法。该研究在1919年以来的140项基础研究的基础上，系统地整理和建立了涵盖剪切稀化、粘弹性和屈服强度等性质的血流动力学计算物理评估体系，为世界各地相关科研人员选择计算模型提供参考。
血流动力学中非牛顿流体的主要模型。西北理工学院供图
报告称，这项研究为血液的非牛顿特性设立了一个科学分界点。这个值一旦超过这个值，血液的粘度基本上是稳定的，与水的粘度相似（可以认为是正常的牛顿流体）。然而，低于该值（例如，在动脉瘤、血管狭窄区域），血液具有不同的“非牛顿”特性，粘度发生变化，红细胞更容易聚集在一起。在这项研究中，我们系统地系统地整理了目前常规非牛顿流体模型的剪切率适用范围，包括幂律模型、广义幂律模型、Cross模型及其修正模型、Bird-Carreau模型、Carreau-Yasuda模型、Quemada模型等。
血管不是坚硬、静止的管道，而是柔软、有弹性的生命通道。当血液流动时，血液的推进力不仅使血管壁轻微扩张，而且血管本身的脉动推动血流向前流动。这种“相互推动、相互塑造”的动力，就是医学上所说的“液固耦合”。特别是在动脉瘤或血管严重狭窄等患病区域，血管壁变得非常不规则变形，使其更容易受到感染。全身血流模拟容易出现失真和计算故障，因此很难提供可靠的结果预测结果。
为了实现这一目标，本研究评估了双向 FSI 的通用方法和划分方法的求解路径。在分区系统下，传统的ALE（任意拉格朗日-欧拉）方法由于在大变形场景中频繁重新划分网格而存在计算冗余和收敛瓶颈。为了克服这种“网格约束”，本研究引入了以平滑粒子流体动力学（SPH）为代表的无网格方法。 SPH方法自然地避免了网格扭曲，提高了处理大变形的灵活性，并实现了多相物理界面的精确跟踪。
同时，研究指出，决策不存在绝对的“一刀切”解决方案。研究人员必须根据明确的具体物理要求权衡计算精度与资源效率，并选择适当的算法来提供现实可靠的决策标准或“数字实验”。
本研究整理了现有的复杂血流模拟的计算框架，总结了模拟血管壁变形的不同路径，并从数学上报告指出了当前非牛顿模拟在机械稳定性、参数均匀性和静脉研究方面的局限性，建立了高精度的患者特异性模型，为推动未来精准医疗奠定了理论基础。 （完）
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