This work introduces a numerical approach for the implementation and direct coupling of arbitrary complex ordinary differential equation- (ODE-)governed boundary conditions to three-dimensional (3D) lattice Boltzmann-based fluid equations for fluid-structure hemodynamics simulations. 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. The complete 0D-3D solver, including its treatment of the fluid and solid equations as well as their interactions, is validated 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 (such as those based on Windkessel lumped parameter models) as well as to other fluid problems that are modeled by 3D lattice Boltzmann equations and that require direct coupling of dynamic 0D conditions.


翻译:这项工作引入了一个数字方法,用于执行和直接结合任意的复杂普通差异方程式(ODE-ODE-ODE-OD-OD-OD-D)的边界条件,以三维(3D) lattice Boltzmann基流体模拟的液态方程式,用于流体结构热动力学的模拟,特别是,对最复杂的配置,将考虑一个动态左心室-(LV-LV)弹性心脏模型,该模型由非线性、非静止混合的ODE-Dirichlet系统管理(并应用为),从而得到处理。 完整的 0D-3D解答器,包括处理流体和固体方程式及其相互作用,通过各种基准和趋同研究加以验证,这些研究展示了 0D 组合方法在产生生理压力和流动波形方面的能力 -- -- 最终使得能够探索各种物理和生理参数,用于对结合的LVTV-Artree系统进行 hemo动力学研究。本文件中提议的方法可以很容易适用于其他基于ODE的边界条件(例如基于Windsel plassel place plact complex) 和直接要求进行模拟的3D 3D latttractimann 等等式变方程式所需的其他液质条件。

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