分叉微流管中多微胶囊流动与分离规律的三维数值研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11402084
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0910.计算流体力学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Liquid-filled microcapsule (or called microcapsule) consists of a micro droplet enclosed by a very thin elastic membrane. Red blood cells are typical microcapsules. This specific structure provides potential protection of internal effective medium, and the ability of large deformations allows it to flow fluently through a microfluidic channel and to realize targeted delivery. It has been widely applied in many areas, e.g., in the design of controlled release drug and in the development of functional materials. The complex flow of microcapsules through a bifurcating channel is a fundamental phenomenon in human's microcirculation, and it is also highly associated with the design of microfluidc channel system for cells sorting or size classification of artificial microcapsules. Thus, this project focuses on the dynamical mechanism in the motion and separation of liquid-filled microcapsules through a bifurcating channel. We firstly develop a three-dimensional numerical model (coupled by boundary integral method and finite element method) to simulate the motion and deformation of this sophisticated system involving fluid-structure and multi-body interactions under complex boundary conditions. Thereafter, numerical simulations are carried out on the flow of multi microcapsules inside a cylindrical channel (part of a bifurcating one), with the aim of seeking rational explanations for slipper-shape puzzle and zipper-type flow which are frequently observed in experiments. And then, numerical simulations are also implemented on the motion and separation of microcapsules through a bifurcating channel, the dynamical mechanism will be summarized based on the numerical results. The achievement of this project would promote the numerical study of microcapsule flow, enrich the theories in blood rheology, and provide more theoretical support for the design of functional microfluidic systems.
充液微胶囊(简称微胶囊)是由一层极薄的固体弹性薄膜包裹微液滴而形成的微米级细容器。红细胞是典型的天然微胶囊。该柔性结构能有效隔离外界环境,在狭窄微流管中顺畅变形与流动,被广泛用于内容物可控释放、新材料研制等方面。分叉微流管中微胶囊的大变形流动,不仅与血液微循环密切相关,而且是构建细胞分选、微胶囊分类等功能化微流管系统的基础。本项目拟采用边界积分结合有限元的耦合方法建立三维数值模型,展开数值模拟,探索分叉微流管中多微胶囊流动与分离规律。首先建立复杂边界条件下大变形流固耦合系统运动的三维数值模型;然后模拟微流直管段中多微胶囊流动现象,揭示流动形式的形成机理,解释“拖鞋状谜题”和拉链式流动等实验难解现象;然后模拟分叉微流管中多微胶囊流动和分离现象,揭示分离机理并总结规律。本项目的完成,能促进本领域内三维数值模型的发展,丰富血液流变学基础理论,为构建用于微胶囊分类的功能化微流管系统提供理论支撑。

结项摘要

本项目以微流管中微胶囊流动和分离现象为研究对象,对复杂边界条件下单(多)相流的三维数值建模展开系统研究,对微流道中微胶囊的流动变形展开数值模拟。研究结果在一定程度上解释了拖鞋状形变的形成机理,为微胶囊流动分析技术提供了坚实的理论基础;项目建立的计算流体力学数值模型,被成功地用于分析酶膜反应器、燃料电池、液压机械等工程设备内的多相流动现象,具备一定实际应用价值。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(2)
A POD-Based Variational Multiscale Method for Large Eddy Simulation of Turbulent Channel Flows
基于POD的湍流通道流大涡模拟变分多尺度方法
  • DOI:
    10.1142/s0219876217500499
  • 发表时间:
    2017-10
  • 期刊:
    International Journal of Computational Methods
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Chen Lin-Feng;Hu Xu-Qu
  • 通讯作者:
    Hu Xu-Qu
Three-dimensional numerical study of flow characteristic and membrane fouling evolution in an enzymatic membrane reactor
酶膜反应器流动特性和膜污染演变的三维数值研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    arXiv.org preprint (accepted by Journal of Hydrodynamics)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xu-Qu HU;Pai-Qing WU;Xing-Yi WANG;Hai-Cheng ZHANG;Jian-Quan LUO
  • 通讯作者:
    Jian-Quan LUO
Two-Dimensional Simulations of Turbulent Flow Past a Row of Cylinders using Lattice Boltzmann Method
使用格子玻尔兹曼方法对经过一排圆柱体的湍流进行二维模拟
  • DOI:
    10.1142/s0219876217500025
  • 发表时间:
    2017-01
  • 期刊:
    International Journal of Computational Methods
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Wei Yi-Kun;Hu Xu-Qu
  • 通讯作者:
    Hu Xu-Qu
矩形微流管中微胶囊变形流动的三维数值模拟
  • DOI:
    10.16076/j.cnki.cjhd.2015.06.005
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    水动力学研究与进展A辑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡徐趣;吴排青;王滔
  • 通讯作者:
    王滔
A Discriminant Parameter Determining Technique in Variational Multiscale Method for Stokes Equations
Stokes方程变分多尺度法判别参数确定技术
  • DOI:
    10.1142/s0219876217500487
  • 发表时间:
    2017-10
  • 期刊:
    International Journal of Computational Methods
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Chen Lin-Feng;Hu Xu-Qu
  • 通讯作者:
    Hu Xu-Qu

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其他文献

利用硅胶管流动腔系统模拟动脉脉
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    医用生物力学, 2006, 21(2):94-99
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡徐趣;覃开蓉*;吴昊;姜宗来(
  • 通讯作者:
    姜宗来(
《微流控技术与生物流体力学》专辑序言
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    水动力学研究与进展A辑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    覃开蓉;龚晓波;胡徐趣
  • 通讯作者:
    胡徐趣

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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