This work introduces a numerical approach and implementation for the direct coupling of arbitrary complex ordinary differential equation- (ODE-)governed zero-dimensional (0D) boundary conditions to three-dimensional (3D) lattice Boltzmann-based fluid-structure systems for hemodynamics studies. In particular, a most complex configuration is treated by considering a dynamic left ventricle- (LV-)elastance heart model which is governed by (and applied as) a nonlinear, non-stationary hybrid ODE-Dirichlet system. Other ODE-based boundary conditions, such as lumped parameter Windkessel models for truncated vasculature, are also considered. Performance studies of the complete 0D-3D solver, including its treatment of the lattice Boltzmann fluid equations and elastodynamics equations as well as their interactions, is conducted through a variety of benchmark and convergence studies that demonstrate the ability of the coupled 0D-3D methodology in generating physiological pressure and flow waveforms -- ultimately enabling the exploration of various physical and physiological parameters for hemodynamics studies of the coupled LV-arterial system. The methods proposed in this paper can be easily applied to other ODE-based boundary conditions as well as to other fluid problems that are modeled by 3D lattice Boltzmann equations and that require direct coupling of dynamic 0D boundary conditions.


翻译:这项工作为将任意的复杂普通普通差异方程式(ODE-ODE-NOD-D)管理零维(0D)边界条件直接结合到三维(D) lattice Boltzmann 的流体结构系统进行血液动力学研究,特别是,通过考虑动态左心室(LV-Liv-Lastance)心脏模型来处理最复杂的配置,该模型由非线性、非静止的混合式ODE-Drichlet系统管理(并应用为)非线性、非静止混合式的ODE-Drichlet系统管理。其他基于Ode-D的边界条件也得到了考虑,例如用于脱轨血管血管的圆形参数 Windkesel模型等。完整的0D-3D溶液处理器的绩效研究,包括处理Lattic Boltzmann 液态方程式及其相互作用,通过各种基准和趋同性研究来进行,这些基准和汇合的0D-3混合混合的混合方法在产生生理压力和流波波形形态中最终能够探索各种物理和生理参数参数参数,用于对混合的LV-Artard-Artmann-D-D-Artracallical 等式系统进行研究。在本文上提出的其他条件可以很容易地要求。

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