微重力效应下支气管阻塞与重开的气液弹动力学模型研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51176146
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    62.0万
  • 负责人：
    张楚华
  • 依托单位：
    西安交通大学
  • 学科分类：
    E0602.内流流体力学
  • 结题年份：
    2015
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2015-12-31

项目摘要

基于我国载人航天计划正在面临的严峻国际形势,及生命科学向物理学、力学、技术科学等领域交叉渗透的学科发展趋势，综合运用生物力学、多相流体力学、流变学、计算流体力学等方法对微重力效应下的人体支气管阻塞与重开机理进行探索性理论、数值及实验研究。从三维非定常气液弹耦合动力学角度出发，建立支气管弹性管壁、粘液及空气运动的理论模型，运用统一的Oldroyd微分本构方程描述管壁及粘液的粘弹性流变学关系；基于运动网格上的有限体积法数值分析微重力效应下支气管阻塞与重开的动力学过程及其生理病理响应关系；利用等Bo数模化原则，在地面环境中实验模拟微重力效应下界面张力诱导的液膜失稳过程，实验测量液膜/液柱的基本动力学参数，补充、辅证理论及数值模型。项目工作对建设航天员生命保障及环境控制系统及其地面模拟、促进相关基础学科发展具有学术价值，同时为人工呼吸道的材料选型、构型设计及相关生物医学工程应用提供理论支持。

结项摘要

基于我国载人航天计划正面临的严峻国际形势,及生命科学向物理学、力学等领域交叉渗透的学科发展趋势,项目组对微重力效应下人体支气管阻塞与重开机理开展了理论、数值及实验研究,全面完成了计划书中的各项研究任务。所取得的研究进展及成果体现在如下8个方面：. （1）提出了一种求解轴对称格子Boltzmann-BGK方程解析解的方法，并采用格子Boltzmann颜色模型对液液两相流动进行了研究。. （2）对人体呼吸道内部气液两相流动进行了简化假设和几何建模，并开展了无量纲数分析。. （3）建立了非定常不可压缩两相流动问题的相场格子Boltzmann模型。. （4）运用相场格子Boltzmann方法对阻塞气道重开机理进行了数值研究。捕捉到了临界毛细数现象，并获得了有液滴和无液滴形成的两种气道重开现象，从而揭示了气道重开机理。. （5）改进了（4）中相场格子Boltzmann二维模型并推广到三维。改进后的模型可以恢复准确的界面捕捉方程，适用于描述两相界面变形和破裂，以及具有一定密度比的两相流动问题。. （6）开展了成年男子三级肺支气管道的内部流动实验与CFD数值研究。获得并比较分析了吸/呼气在两种工况条件下支气管内部各特征截面上的主流及二次流速度分布。. （7）发展了一种非结构化网格上的全速度SIMPLE算法并构建了两级并行计算模型，为对人体复杂呼吸道内部流场深入研究的大规模计算提供了基础技术储备。. （8）提出了一种基于界面/边界变量更新思想的切比雪夫拟谱方法区域分解法，有利于拓展拟谱方法解决诸如人体呼吸道等复杂计算域物理问题的能力。. 研究工作为进一步认识呼吸生理学、病理学的生物力学机理，建设航天员生命保障及环境控制系统，促进相关基础学科发展具有学术价值；同时为人工呼吸道的材料选型等生物医学工程应用提供理论参考。

项目成果

期刊论文数量（18）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（4）
专利数量（0）
Analytical solution of axi-symmetrical lattice Boltzmann model for cylindrical Couette flows
圆柱Couette流轴对称格子Boltzmann模型的解析解
  • DOI：
    10.1016/j.physa.2011.07.038
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    An, Hongyan;Zhang, Chuhua;Meng, Jianping;Zhang, Yonghao
  • 通讯作者：
    Zhang, Yonghao
Performance analysis of organic Rankine cycle with preliminary design of turbo-expander for binary-cycle geothermal plants
有机朗肯循环性能分析及二元循环地热电厂透平膨胀机初步设计
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Journal of Engineering for Gas Turbines and Power-Transactions of the ASME
  • 影响因子：
    1.5
  • 作者：
    Wang X;Liu XM;Zhang CH
  • 通讯作者：
    Zhang CH
对流扩散方程的拟谱格式稳定性分析及扩稳方法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    西安交通大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    詹飞龙;张楚华;ZHAN Feilong,ZHANG Chuhua(School of Energy;Pow
  • 通讯作者：
    Pow
基于格子Boltzmann方法的液液不混溶两相流动数值模拟
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    工程热物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    安红妍;张楚华;王宁宁
  • 通讯作者：
    王宁宁
随机粗糙度对风力机翼型气动性能影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    工程热物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    琚亚平;张楚华;JU Ya-Ping ZHANG Chu-Hua (School of Energy;Pow
  • 通讯作者：
    Pow

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其他文献

叶顶间隙几何不确定性对离心叶轮气动性能的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    西安交通大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    傅珏;蒋伟;柳一鸣;琚亚平;张楚华
  • 通讯作者：
    张楚华
三级离心压缩机非定常流动与交变应力的数值研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    工程热物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    邢鹏;李涛;刘会;朱春阳;琚亚平;张楚华
  • 通讯作者：
    张楚华
离心压缩机级通流与盘盖侧泄漏流的耦合分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    西安交通大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王晟旻;琚亚平;张楚华
  • 通讯作者：
    张楚华
液桥重开过程的两相格子Boltzmann模型及计算
  • DOI：
    10.7652/xjtuxb201609009
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    西安交通大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王宁宁;刘海湖;张楚华
  • 通讯作者：
    张楚华
缺陷叶片对跨音速压气机转子气动性能影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    工程热物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    蒋伟;琚亚平;张楚华
  • 通讯作者：
    张楚华

其他文献

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气溶胶颗粒在气管及支气管内运动与沉淀机理研究
  • 批准号：
    10572113
  • 批准年份：
    2005
  • 资助金额：
    30.0 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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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

        graph TD
          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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