论文摘要
高梯度磁捕获和分离磁技术已经广泛应用到工业、生物医药等众多领域,目前磁导向性药物微球（MDCP）可以靶向定位于作用对象,用体外的磁铁来导引,可以将其固定于患者的预定部位,因此磁性流体或粒子在高梯度磁场下管道中的输运特点有待理论工作者去研究,总体分为研究单个粒子的轨迹行为和磁流体整体行为。用Cluster-moving蒙特卡罗方法模拟了纳米磁性粒子在均匀磁场下的凝聚行为,得到了不同作用能量和浓度下的凝聚型貌,粒子的凝聚由高能量的链状逐渐向低能量的分支状、圆团状变化,并且在高浓度下成大片团聚。分析了其尺寸,分形维数,能量变化随蒙特卡罗步变化特点,以及长轴取向,径向分布函数特点,然后模拟了多分散体系的凝聚过程,发现分布函数出现偏移,团簇中主要由大直径粒子构成,大粒径的粒子起到了增强团聚的作用。分析了不同形状和尺寸探针在管道内和管道外的捕获模型以及捕获浓度的对流扩散模型,结果表明垂直磁场的捕获效率要大于水平磁场的,不同形状的探针的捕获效率略有差异,这和探针的曲率以及在流体场中流体的冲击面积有关系,随着探针尺寸的增加,虽然捕获半径增加了,但是相对捕获效率减小了。在外加磁体控制分离模型中,磁力和流速的控制可以改变捕获效率,和管道中流体的分离比例,不同磁场取向磁体的组合会导致不同的捕获分离效率,在对流扩散模型中,探针的曲率对浓度场的影响是很显著的,流体场和磁场的共同作用也会改变捕获区域的位置。先分析了不同管道中高梯度磁场下磁性流体的整体行为,考虑整个流体在磁场下受到的体积力,流体的整体速度场是不同于低浓度情况下的,流体内的磁性颗粒在平衡力下的速度轮廓也是不一样的,它和流体场是相关的,整个磁性流体在磁场作用下局部的浓度会增加,流体受到的体积力也会增加,通过解流体浓度耦合方程得到流体和浓度轮廓。磁性粒子浓度增加量是与磁速度紧密相关的,而磁体积力和流体场速度只能改变其浓度轮廓,直径10mm管道中由于磁场作用区域有限,流体产生涡流不受管道的限制,因此浓度轮廓不同于直径1mm的管道,当生物体内磁性粒子浓度达到一定范围,我们可以采用这个模型分析其浓度分布,同样磁流体作为阀门和驱动部件时,也可以用上面的模型了模拟浓度分布情况。然后我们分析了管道界面处对磁性粒子有吸附作用的模型,认为减小吸附区域,增加磁作用力,减小吸附系数,减小扩散系数都可以增加捕获区域的粒子量。建立了一个磁流体矩形管道中插入磁探针的模型,考虑到磁性流体的磁化率与温度的线性依赖关系,通过解温度场磁场双向强耦合方程得到温度场,流体场,热流和流体特点。流体场受到磁场力的影响产生涡流,磁场力是随温度场变化而变化的,而温度场与流体的对流相关,因此在磁探针附近产生温度波动和流体的涡流,磁体下方的速度明显比上方的大,涡流和温度波动随磁场大小,流体磁化率,流体速度,上下边界的温度差的变化而变化,上表面的热流要大于下表面,上表面剪切力也大于下界面,上下表面热流,剪切力随磁场作用的变化趋势是相反的,磁场的取向也会对温度场,流体场产生影响,本模型也可以用于工业磁性流体中,这对流体的流动行为和热对流引起的温度分布的设计和应用是有指导作用的。介绍了多相流的一些计算方法,并用水平集法探讨了外加磁场下磁流体、血液在矩形管道中的两相流行为。我们采用了不同的进口速度,来模拟生物体中注入磁性流体的情形,或者理解为磁性颗粒被大量捕获形成磁性流体的流动状态,两种流体的受力情况的不同和速度的差异产生不同的流体轮廓,磁流体的速度小于血液的速度时会被冲击和挤压,导致集中在磁场附近的区域偏小,当两者速度接近时,界面比较平坦,冲击和挤压的效果减弱,当磁流体的速度大于血液的速度时,也会被血液反方向冲击和挤压产生界面不平坦,同时磁性流体本身的速度与外加磁场的对抗表明,当磁流体受到的磁力可以克服流体力时,适当的速度可以保持磁场附近磁流体区域增加,这样的情形下,两相界面不平坦,容易产生冲击。
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标签：蒙特卡罗论文; 高梯度磁场论文; 磁导向性药物微球论文; 捕获论文; 对流扩散论文;