抗血管生成药物Endostatin作用下实体肿瘤血管网络血液灌注数值模拟

目的研究抗血管生成治疗肿瘤主要药物之一的血管生成抑制素ES（Endostatin）对肿瘤血液灌注的影响。方法在数值生成ES作删下肿瘤血管的基础上．设血液为不可压缩牛顿流体,用扩展的Poiseuille定律和Starling定律分别计算管内流量和跨壁流量,肿瘤内间质流动遵循Darcy定律,肿瘤微血管渗透率受Endostatin的影响,用差分法数值模拟在ES作用下肿瘤血管网络的血液灌注。结果在ES作用下,肿瘤微血管生成减少,间质压力下降,压力梯度增大。结论ES药物在减少肿瘤血管生成数量的同时,改变肿瘤血管渗透性,改善肿瘤血液动力学环境,有利于其他治疗肿瘤药物的输运。     

物种对资源竞争的动力机制及数值模拟

建立了集合种群物种在两个斑块中对资源竞争的数学模型,并进行了数值模拟实验,结果表明：（1）通过R^＊来预测竞争物种的结局,存在几种可能性：一是具有低R^＊值的物种竞争取代高R^＊值的物种;二是具有不同R^＊值的物种,甚至是具有相同R^＊值的物种也存在共存的可能性;三是具有高R^＊值的物种也可以竞争排斥低R^＊值的物种,结论存在不确定性。（2）竞争物种的随机迁移形成了源一汇结构,对物种竞争共存具有促进作用,但弱的资源利用者（较高的R^＊）的迁移率不宜过高。（3）在种群统计率相同的条件下,资源增长率差异越大,越不利于消费者物种的共存;若种群统计率不相同,在资源增长率相同的情况下,物种共存又是不可能的,在自然界中,物种共存需要资源增长率的差异。（4）不同类型的资源增长对竞争物种的稳定性的影响是不同的。     

陕北地区不同植被改善方案对环境影响的数值模拟

植被一直是地气相互作用研究的重点。数值模拟是目前研究植被对大气反馈作用的主要方法。全球和区域气候模式的网格距较大 ,以致于不能真实地描述地表植被覆盖差异 ,因而模拟结果存在一定的不确定性。目前 ,耦合陆面植被模式的中尺度气象模式已成为研究实际的植被建设方案影响天气过程的唯一有效手段。运用中尺度气象模式 MM5 ,模拟了陕北黄土高原地区一次区域性降雨过程及局地环境要素对两种不同的退耕还林方案的敏感性。模式的中心点定于 (37.8°N、1 0 8.8°E) ,模拟区域为(1 0 4 .0 2～ 1 1 3.5 8°E ,33.93～ 4 1 .4 8°N) ,水平分辨率 9km,垂直分层 2 3层 ,时间积分步长 30 s,以美国国家环境预测中心(NCEP)再分析资料作为大尺度背景场。模拟结果表明 ,陕北地区下垫面植被改善后 ,能够使区域降雨的雨带北移 ,降雨量增加 ,降雨过程延长 ,这对于改善陕北地区干旱的气候环境 ,扩展动植物的生存区域具有重要的意义。此外 ,陕北地区植被改善还能够使区域的地表径流减少 ,对于减少黄河输沙量 ,清洁黄河水源 ,保持当地水土具有积极的意义。由于下垫面的变化 ,局地的环境要素也发生了一些相应的变化 :空气湿度增加 ,土壤湿度在短时间内有一定程度的减少 ,长期有增加的趋势 ,气温和土壤温度有一定程度升高 ,     

褐飞虱迁飞参数的数值模拟

迁飞性害虫褐飞虱对中国和亚洲其它国家和地区的水稻有着十分严重的危害,其迁飞参数的时空变化是种群迁飞这一生态行为的重要体现。应用目前国际上先进的中尺度数值预报模式MM5 (V3.2 )对我国褐飞虱北迁、南返的过程进行了数值模拟,根据模拟结果对害虫的迁出虫源地、迁飞路径、降落区、空中迁飞速率、迁飞高度、迁飞历时和迁飞距离等迁飞参数进行了一系列的数值计算和客观分析,得到了与实际虫情普查和雷达观测资料相当吻合的结果,从而比较精确地阐明了褐飞虱迁出起飞、空中定向飞行、降落迁入等迁飞行为的动力学机制。     

计算机模拟渍水时期及持续时间对春玉米生产及产量的影响

借助田间、水槽试验的结果结合Penning de Vries的MACROS模型建立玉米生长发育与水分动态耦合的模拟模型,通过验证后用于模拟不同渍水时期及持续时间对春玉米生长及产量影响的动态,模拟结果表明在田间全程控制水分为田间持水量90％以下,春玉米孕穗期为渍水危害的敏感期,其次为4－6叶期,在自然降水及土壤状况影响下,春玉米幼苗期4－6叶时为渍水的敏感期,8叶及孕穗期相对较耐渍,在玉米4、6叶期时,渍害造成产量下降的临界期为5天;而在8叶、孕穗期为10－15天,但持续20天的渍水对任何时期的春玉米生长都造成严重的影响,因此在生产中应注意在苗期及孕穗期及时排除田间多余的水分及降低地下水位。     

基于计算机模拟的蛋白质分离纯化实验

利用数学建模的方法首次提出了衡量分离纯化效果优劣的定量指标——纯化效益;建立了便于应用推广的聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)和硫酸铵沉淀分离纯化模型,并以海芋过氧化物酶分离纯化为例,对模型进行求解、应用和检验,求解最优实验试剂用量.     

基于视觉编码的图象处理研究──Ⅱ．计算机模拟结果及分析

在前文提出模型基础上,给出了计算机模拟结果,从熵分布、朝向选择及编码效率等方面总结了Ｇａｂｏｒ小波表达模型的特点,讨论了该模型对于视觉编码中的编码效率、基函数选择以及参数空间选择等具有的重要意义。     

树干径流过程的计算机模拟

本文应用系统分析方法,将树干径流过程这一连续系统离散化,编制程序,以计算机直接模拟过程行为,绕过了解微分方程之烦恼,并取得了满意的结果。此举对扩展系统分析概念,研究连续系统颇有意义。     

二维细胞运动模型的数值模拟

研究了一个二维细胞运动模型,该模型是个动边界问题．我们运用运动网格的有限元算法对此模型进行了数值模拟,数值结果表明,细胞最终收敛到固定形状,并且以固定速度向前运动．     

机械搅拌式动物细胞反应器不同桨型组合的CFD数值模拟与优化

生物反应器已成为哺乳动物细胞生产治疗性抗体药物和疫苗的核心。文中采用CFD数值模拟方法对目前常用的机械搅拌式生物反应器在不同的搅拌形式下的流场进行了分析,获得了5种搅拌桨型组合条件下的速率矢量、持气率、含气率和剪切力分布的特征。通过构建的重组CHO细胞在不同搅拌形式条件下的流加分批培养发现,细胞密度和抗体表达水平与反应器内的最大剪切率直接相关,在FBMI3搅拌形式下细胞密度和抗体表达水平均最高。结果表明该CHO细胞在悬浮培养时对剪切环境比较敏感,且最大剪切力是工业规模放大的关键因素。     

搭桥冠脉内超声多普勒血流信号的仿真分析

为研究搭桥冠脉内血流状况与移植管结构因素的关系,采用基于计算流体动力学模型的信号仿真方法合成不同缝合角度、不同缝合距离的搭桥冠脉内的超声多普勒血流信号,并分析其频谱随两个结构因素变化的规律。结果表明:缝合角度越小,缝合前端及下游仿真信号的频谱宽度越小,说明搭桥手术的效果越好;缝合位置距离狭窄越近,缝合后端附近血流信号的频谱宽度越大,缝合前端及下游的频谱宽度则越小,说明手术应折中选取缝合位置。结论与血液动力学研究结果一致,可以为手术方案的设计和术后效果的监测提供参考。     

Flow field and oscillatory shear stress in a tuning-fork-shaped model of the average human carotid bifurcation

The oscillatory shear index (OSI) was developed based on the hypothesis that intimal hyperplasia was correlated with oscillatory shear stresses. However, the validity of the OSI was in question since the correlation between intimal thickness and the OSI at the side walls of the sinus in the Y-shaped model of the average human carotid bifurcation (Y-AHCB) was weak. The objectives of this paper are to examine whether the reason for the weak correlation lies in the deviation in geometry of Y-AHCB from real human carotid bifurcation, and whether this correlation is clearly improved in the tuning-fork-shaped model of the average human carotid bifurcation (TF-AHCB). The geometry of the TF-AHCB model was based on observation and statistical analysis of specimens from 74 cadavers. The flow fields in both models were studied and compared by using flow visualization methods under steady flow conditions and by using laser Doppler anemometer (LDA) under pulsatile flow conditions. The TF-shaped geometry leads to a more complex flow field than the Y-shaped geometry. This added complexity includes strengthened helical movements in the sinus, new flow separation zone, and directional changes in the secondary flow patterns. The results show that the OSI-values at the side walls of the sinus in the TF-shaped model were more than two times as large as those in the Y-shaped model. This study confirmed the stronger correlation between the OSI and intimal thickness in the tuning-fork geometry of human carotid bifurcation, and the TF-AHCB model is a significant improvement over the traditional Y-shaped model.     

Simulation of Interstitial Fluid Flow in Ligaments: Comparison among Stokes,Brinkman and Darcy Models

In this paper, we use Stokes, Brinkman and Darcy equations to approximate the porous continuum media of ligament tissues respectively, simulate the flow field with FLUENT software, and study the shear stress on the cell surface due to the interstitial fluid flow. Since the Brinkman equation approaches Stokes equation well in high hydraulic permeability (k_p) condition (k_p ≥1.0×10^-8 m² in our numerical simulation), and it is an approximation to Darcy model in low k_p condition (k_p ≤5.0×10^-12 m² in our numerical simulation), we used the Brinkman model to simulate the interstitial fluid flow in the ligament where k_p is approximately 1.0×10^-16 m². It shows k_p and anisotropic property have a little effect on the flow field, but have a great effect on the shear stress on the membrane of interstitial cells (τ_cell). There is a linear relationship between τ_cell and , when k_p =1.0×10^-16 m² and the maximum τ_cell (τ_cell,max) is approximately 10 Pa. The anisotropic property will affect τ_cell''s distribution on the cell surface. When k_x/k_y>1, low τ_cell dominates the cell, while when k_x/k_y<1, high τ_cell dominants the cell.