CFD血液系统仿真

最新推荐文章于 2025-11-19 10:09:27 发布

原创最新推荐文章于 2025-11-19 10:09:27 发布 · 1.4k 阅读

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在计算流体动力学（CFD）中进行血液流动的模拟，尤其是在心血管系统中的应用，需要考虑非牛顿流体特性、脉动流、可变形血管壁（流固耦合，FSI）、多尺度建模等复杂因素。以下是一些适用于血液流动模拟的开源CFD工具，它们在科研和医学工程领域被广泛使用：

官网：https://openfoam.org
语言：C++
特点：
- 最流行的开源CFD平台之一，高度可定制。
- 支持非牛顿流体模型（如Carreau、Cross、Power-law）。
- 可实现脉动流、瞬态模拟、流固耦合（FSI）。
- 社区版（OpenFOAM Foundation）和ESI版本（OpenFOAM+）。
血液模拟相关求解器：
- icoFoam / pimpleFoam（不可压缩非稳态流动）
- 可通过自定义求解器支持血液流变模型。
- 支持与preCICE耦合进行FSI模拟。
扩展工具：
- preCICE：用于多物理场耦合（如流固耦合）。
- foam-extend：社区分支，包含更多生物流体力学功能。

🔧 推荐用于：动脉瘤、血管狭窄、人工心脏瓣膜等复杂几何的高精度模拟。

⚠️ 注意：对生物流体力学支持不如OpenFOAM成熟，但扩展性强。

官网：
- LifeV: https://www.lifev.org
- VMTK: https://www.vmtk.org
特点：
- VMTK（Vascular Modeling Toolkit）：专注于血管几何重建、中心线提取、网格生成。
- LifeV：并行CFD求解器，支持不可压缩Navier-Stokes、FSI、多尺度循环系统耦合（如0D/3D耦合）。
- 常用于患者特异性模拟（如从CT/MRI重建血管）。
血液模型支持：
- 支持非牛顿流体（Carreau-Yasuda等）。
- 可与0D循环模型（如Windkessel）耦合，模拟生理边界条件。
语言：C++，接口支持Python。

🏥 推荐用于：临床相关的血流动力学研究，如动脉粥样硬化、支架术后评估。

官网：https://www.hemelb.org
特点：
- 基于格子Boltzmann方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）。
- 专为大规模血流模拟设计，适合复杂微血管网络。
- 高性能并行计算，适用于HPC集群。
- 支持非牛顿流体和红细胞多相流模型（部分扩展）。
优势：
- 在处理复杂几何（如脑微循环、肿瘤血管）时效率高。
- 内存优化好，适合TB级模拟。

🧫 推荐用于：微循环、毛细血管网络、多尺度血流研究。

官网：https://www.nektar.info
特点：
- 基于谱元法（Spectral/hp Element Method），精度高。
- 支持不可压缩和可压缩流动，FSI，非牛顿流体。
- 在血流模拟中用于研究过渡流、湍流、脉动流稳定性。
- 提供心血管模拟示例（如颈动脉分叉、主动脉）。
优势：
- 高阶精度，适合研究血流中的精细结构（如涡旋、WSS分布）。

🔬 推荐用于：高精度血流动力学研究，壁面剪切应力（WSS）分析。

🛠️ 适合：工业级CFD应用扩展到生物流体。

⚠️ SimVascular 虽然核心开源，但部分模块需注册使用。