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1.4.3 光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（SPH，smoothed particle hydrodynamic）算法 光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)是一種無(wú)網(wǎng)格數(shù)值方法，用大量離散的光滑粒子的集合定義流體材料，從而通過(guò)插值離散化連續(xù)方程組。其理論核心為核函數(shù)，實(shí)質(zhì)是一定光滑長(zhǎng)度范圍內(nèi)其他臨近粒子對(duì)研究粒子影響程度的權(quán)函數(shù)，如圖3所示。

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計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics,CFD）模擬是優(yōu)化血泵性能的有效手段，其模擬結(jié)果在實(shí)踐中得到了反復(fù)驗(yàn)證。然而，在固相紅細(xì)胞粒子破碎損傷的區(qū)域，紅細(xì)胞粒子在不同時(shí)間和地點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)、碰撞等動(dòng)力學(xué)特征，僅靠CFD技術(shù)不可能實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。離散元法（Discrete Element Method，DEM）通過(guò)建立固體粒子系統(tǒng)的參數(shù)模型來(lái)分析和模擬粒子行為。

許多流體流動(dòng)問(wèn)題涉及對(duì)流動(dòng)表現(xiàn)出的隨機(jī)性和與之相關(guān)的力的研究。在更大范圍內(nèi)，這種隨機(jī)性會(huì)影響接觸物體的行為；例如，機(jī)翼穿過(guò)風(fēng)或水流過(guò)轉(zhuǎn)子葉片。從更微觀的層面看，流體粒子可能由于粒子懸浮和分子碰撞而表現(xiàn)出隨機(jī)性。這就是布朗力原理。 在計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)中，該原理可用于模擬顆粒懸浮及其隨機(jī)性如何影響系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)；例如，煙霧顆粒如何擴(kuò)散到大氣中或懸浮顆粒如何影響水的流動(dòng)動(dòng)力學(xué)。

SPH 算法（光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)）的粒子離散原理，為何該算法適合處理流體破碎這類(lèi)無(wú)網(wǎng)格畸變的大變形問(wèn)題，以及沖擊載荷下固體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)理論（如應(yīng)力波傳遞、材料塑性變形）；3) 實(shí)操演示：從彈體與水體的幾何建模（SPH 粒子域定義）、材料參數(shù)設(shè)置（水體的 EOS 狀態(tài)方程、彈體的塑性本構(gòu)）、沖擊邊界條件（彈體入射速度設(shè)置）、求解控制（時(shí)間步長(zhǎng)優(yōu)化以捕捉瞬時(shí)沖擊），到結(jié)果分析（水體粒子運(yùn)動(dòng)軌跡

我們還意識(shí)到流體動(dòng)力學(xué)在改變?cè)O(shè)計(jì)以在各自環(huán)境中茁壯成長(zhǎng)方面具有優(yōu)勢(shì)。沿著這條線，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD) 模擬可以提供很多不同流體的流動(dòng)如何影響藥物輸送過(guò)程或其他用于先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)的生物模擬研究的頂層視圖。生物模擬研究中的 CFD在以下兩種情況下，CFD 提高了生物模擬研究的結(jié)果： 使用 CFD了解藥代動(dòng)力學(xué)非醫(yī)學(xué)背景的人可能想知道什么是藥代動(dòng)力學(xué)。

計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，只需粒子運(yùn)動(dòng)軌跡信息。不過(guò)對(duì)于粒子間作用強(qiáng)、擴(kuò)散不明顯的復(fù)雜體系誤差較大，粒子半徑選擇也會(huì)影響結(jié)果。（3）非平衡分子動(dòng)力學(xué)方法。對(duì)系統(tǒng)施加外力場(chǎng)或速度梯度使其處于非平衡態(tài)，根據(jù)非平衡條件下的響應(yīng)，如應(yīng)力和速度梯度，依牛頓黏性定律計(jì)算。可模擬復(fù)雜流場(chǎng)中黏度，但施加外力和處理邊界條件要注意，理論較復(fù)雜。本文將介紹非平衡分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算黏度的方法之一：周期擾動(dòng)法。

事實(shí)上，科學(xué)家們也常常用計(jì)算流體力學(xué)的方法模擬星體演化，而大家熟悉的光滑粒子法（SPH）便起源于天體物理。 下載地址：流體力學(xué)張兆順

底層模型中使用了三個(gè)研究： 研究 1 求解了頻率為 100kHz 的穩(wěn)態(tài)流體動(dòng)力學(xué)和頻域(AC)電勢(shì)。 研究 2 使用瞬態(tài)研究步驟，該步驟利用研究 1 中的解并在沒(méi)有介電泳力的情況下計(jì)算粒子軌跡。在這項(xiàng)研究中，所有顆粒(血小板和紅細(xì)胞)都被集中到同一個(gè)出口。

流體動(dòng)力潤(rùn)滑的應(yīng)用 當(dāng)具有最佳幾何形狀的表面設(shè)計(jì)成為一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)時(shí)，潤(rùn)滑就變得必要。流體動(dòng)力潤(rùn)滑廣泛應(yīng)用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、機(jī)械密封、軸承、齒輪、內(nèi)燃機(jī)、生物醫(yī)學(xué)和納米技術(shù)。 在所有這些應(yīng)用中，利用流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本原理來(lái)建立光滑的表面和無(wú)摩擦的接觸。工程系統(tǒng)中無(wú)摩擦表面接觸的發(fā)展受到納維和斯托克斯的著作的支配。雷諾方程有助于驗(yàn)證流體動(dòng)力潤(rùn)滑的有效性。

事實(shí)上，科學(xué)家們也常常用計(jì)算流體力學(xué)的方法模擬星體演化，而大家熟悉的光滑粒子法（SPH）便起源于天體物理。

論文所提出的“神經(jīng)流體（NeuroFluid）”模型，利用基于神經(jīng)隱式場(chǎng)的人工智能可微渲染技術(shù)，將流體物理仿真看作求解流體場(chǎng)景三維渲染問(wèn)題的逆問(wèn)題——從流體場(chǎng)景的一段多視角表觀圖像中，即可反推出流體內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這項(xiàng)成果為計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)、多粒子動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)研究開(kāi)辟了一種人工智能新途徑。

流變動(dòng)力學(xué)分析 冷卻介質(zhì)的流變學(xué)特性直接決定了動(dòng)力電池系統(tǒng)的泵送壓降、流場(chǎng)分布以及對(duì)復(fù)雜流道的適應(yīng)能力。通過(guò)旋轉(zhuǎn)流變儀，本研究在寬剪切速率范圍內(nèi)對(duì)樣品進(jìn)行了高精度掃描。

在本文中，我們將討論壓力和剪切應(yīng)力分布及其在某些空氣動(dòng)力學(xué)應(yīng)用中的重要性。 空氣動(dòng)力學(xué)的演變 空氣動(dòng)力學(xué)的演變與艾薩克·牛頓的經(jīng)典力學(xué)有關(guān)。根據(jù)牛頓的說(shuō)法，撞擊表面的流體流動(dòng)將守恒其切向動(dòng)量，但不會(huì)守恒其法向動(dòng)量。流動(dòng)并撞擊表面的均勻直線粒子流會(huì)將法向動(dòng)量傳遞到表面。牛頓提出的模型和定律對(duì)于大多數(shù)流體流動(dòng)來(lái)說(shuō)并不準(zhǔn)確。

計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）是一種通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算，利用計(jì)算機(jī)求解控制方程，對(duì)物理流體流動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。在工程師設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)，例如為新賽季設(shè)計(jì)一輛賽車(chē)，空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)整體設(shè)計(jì)性能具有重要影響。然而，在概念設(shè)計(jì)階段，空氣動(dòng)力學(xué)性能并不容易量化。 傳統(tǒng)上，工程師只能通過(guò)物理測(cè)試原型產(chǎn)品來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展（得益于摩爾定律），CFD 已逐漸成為預(yù)測(cè)真實(shí)物理世界的常用工具。

因此可以認(rèn)為， N-S方程的描述是LBM在連續(xù)介質(zhì)條件下的一個(gè)特例， 而玻爾茲曼則為世人提供了一個(gè)更為接近物理本源的恢弘視角看待流體。 所以，LBM方法在傳統(tǒng)CFD的研究領(lǐng)域一樣擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì) ，比如汽車(chē)和飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)與氣動(dòng)噪聲問(wèn)題。