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An IB-LBM study of continuous cell sorting in deterministic lateral displacement arrays

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Acta Mechanica Sinica 2016年第6期32卷 1023-1030页

作者： Qiang Wei Yuan-Qing Xu Xiao-Ying Tang fang-bao tian School of Life Science Beijing Institute of Technology Key Laboratory of Convergence Medical Engineering System and Healthcare Technology The Ministry of Industry and Information Technology Beijing Institute of Technology School of Engineering and Information Technology University of New South Wales

The deterministic lateral displacement (DLD) is an important method used to sort particles and cells of different sizes. In this paper, the flexible cell sorting with the DLD method is studied by using a numerical model based on the immersed boundary-lattice Boltzmann method (IB-LBM). In this model, the fluid motion is solved by the LBM, and the cell membrane-fluid interaction is modeled with the LBM. The proposed model is validated by simulating the rigid particle sorted with the DLD method, and the results are found in good agreement with those measured in experiments. We first study the effect of flexibility on a single cell and multiple cells continuously going through a DLD device. It is found that the cell flexibility can significantly affect the cell path, which means the flexibility could have significant effects on the continuous cell sorting by the DLD method. The sorting characteristics of white blood cells and red blood cells are further studied by varying the spatial distribution of cylinder arrays and the initial cell-cell distance. The numerical results indicate that a well concentrated cell sorting can be obtained under a proper arrangement of cylinder arrays and a large enough initial cell-cell distance.

关键词： IB-LBM Cell sorting Deterministic lateral displacement

AN EFFICIENT RED BLOOD CELL MODEL IN THE FRAME OF IB-LBM AND ITS APPLICATION

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International Journal of Biomathematics 2013年第1期6卷 1-22页

作者： YUAN-QING XU fang-bao tian YU-LIN DENG School of Life Science Beijing Institute of Technology Beijing 100081 P. R. China Department of Mechanical Engineering Vanderbilt University2301 Vanderbilt Place Nashville Tennessee 37235-1592 USA

A two-dinmnsional red blood cell （RBC） membrane model based on elastic and Euler- Bernoulli beam theories is introduced in the frame of immersed boundary-lattice Boltz- mann method （IB-LBM）. The effect of the flexible membrane is handled by the immersed boundary method in which the stress exerted by the RBC on the ambient fluid is spread onto the collocated grid points near the boundary. The fluid dynamics is obtained by solving the discrete lattice Boltzmann equation. A ＂ghost shape＂, to which the RBC returns when restoring, is introduced by prescribing a bending force along the bound- ary. Numerical examples involving tumbling, tank-treading and RBC aggregation in shear flow and deformation and restoration in poiseuille flow are presented to verify the method and illustrate its efficiency. As an application of the present method, a ten-RBC colony being compressed through a stenotic microvessel is studied focusing the cell-cell interaction strength. Quantitative comparisons of the pressure and velocity on speci- fled microvessel interfaces are made between each aggregation case. It reveals that the stronger aggregation may lead to more resistance against blood flow and result in higher pressure difference at the stenosis.

关键词： IB-LBM Euler Bernoulli beam microvessel RBC aggregation stenosis.

二维均匀来流-平板系统流动特性及平板质量影响数值研究

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二维均匀来流-平板系统流动特性及平板质量影响数值研究

第十一届全国流体力学学术会议

作者：吕程 fang-bao tian 吴健哈尔滨工业大学能源科学与工程学院 School of Engineering and Information Technology UNSW Canberra

自然界和工程应用中存在着大量柔性体与流体耦合运动的现象。与传统的刚体-流体流固耦合问题不同,柔性体的变形会很大程度影响流场结构。这类流-固耦合问题不仅与流体运动状态有关,还取决于柔性体本身的结构与材料特性。本文采用锐利边... 详细信息

自然界和工程应用中存在着大量柔性体与流体耦合运动的现象。与传统的刚体-流体流固耦合问题不同,柔性体的变形会很大程度影响流场结构。这类流-固耦合问题不仅与流体运动状态有关,还取决于柔性体本身的结构与材料特性。本文采用锐利边界浸入边界法,通过耦合求解非定常流体力学方程和悬臂梁的高阶偏微分运动控制方程,对中点固定在二维均匀流场中的单个有质量平板的运动特征进行了数值模拟(见图1)。模拟结果表明,在不同的雷诺数条件下,柔性体呈现出稳定静止、周期摆动和混沌运动三种运动状态,我们确定了不同流动状态的临界雷诺数,见图2。在相同的来流条件下,柔性体与流体间的密度比越大,其运动状态越趋于稳定。另外,平板质量对平板的阻力标度律也有显著影响,我们对其影响机理也通过数值计算进行了初步分析。

关键词：柔性体流固耦合浸入边界法平板质量阻力标度律

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基于浸没边界法的开槽圆柱绕流模拟研究

基于浸没边界法的开槽圆柱绕流模拟研究

中国力学大会（CCTAM2019）

作者：姜博太 fang-bao tian 于永川吴健哈尔滨工业大学能源科学与工程学院 School of Engineering and Information Technology UNSW Canberra Australia Chair of Turbomachinery and Flight Propulsion Technical University of Munich

本文基于浸没边界法(IBM)对开槽圆柱绕流问题进行了数值模拟研究。开槽结构可有效利用迎风侧和背风侧的压差来实现流动的有效被动控制。本文模拟研究了不同雷诺数以及来流攻角时绕流圆柱的压力分布与受力变化,并对绕流场特征进行了分析... 详细信息

本文基于浸没边界法(IBM)对开槽圆柱绕流问题进行了数值模拟研究。开槽结构可有效利用迎风侧和背风侧的压差来实现流动的有效被动控制。本文模拟研究了不同雷诺数以及来流攻角时绕流圆柱的压力分布与受力变化,并对绕流场特征进行了分析。数值结果与近期的实验结果[11]进行了对比讨论。结果表明:在雷诺数较小时,不同攻角对圆柱受力特征影响较小。而在雷诺数较高时,由于圆柱迎风面和背风面的压差影响,中心开槽产生的被动射流使尾流区的反对称涡街明显沿流向后移,槽结构有助于减小绕流场的流动阻力和尾流湍动能,并且有效的降低了圆柱结构的受力波动。随着攻角的增加,射流和分离流动的相互作用减弱;当攻角达到45o左右,流场特征与无控制圆柱基本一致;攻角进一步增加,流动分离推迟,尾流旋涡长度减小。

关键词：圆柱绕流开槽结构浸没边界法流动控制数值模拟

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基于模态分解方法的柱体尾流相互作用研究

基于模态分解方法的柱体尾流相互作用研究

Advances in the Development of Gradient Scaffolds Made of Nano-Micromaterials for Musculoskeletal Tissue Regeneration

第十二届全国流体力学学术会议

作者：李忠显王军里 fang-bao tian 周毅吴健哈尔滨工业大学能源科学与工程学院新南维尔士大学工程与信息技术学院南京理工大学能源与动力工程学院

为了获取较为直观、典型的流场特征结构,通常需要对实验或者数值模拟得到的数据进行一些数学处理以获取相关信息特征。对于大量的流场数据,学者提出并发展了多种流场建模以及降阶技术以降低流场的计算以及储存成本,从而提高流场研究分... 详细信息

为了获取较为直观、典型的流场特征结构,通常需要对实验或者数值模拟得到的数据进行一些数学处理以获取相关信息特征。对于大量的流场数据,学者提出并发展了多种流场建模以及降阶技术以降低流场的计算以及储存成本,从而提高流场研究分析效率。模态识别方法是主要的降阶处理方法,典型的包括本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)以及动力学模态分解(Dynamic Mode Decomposition,DMD)。本文主要利用POD以及DMD对不同排列方式柱体尾流流场的数值和实验进行降阶处理以加速流场计算,并对柱体尾流相互作用机理进行研究。另外,对两种方法的处理结果进行对比分析。研究表明,两种方法分解后获得的各阶模态结构差距很小,且比较重构流场与原流场间的均方根误差可以得出,DMD的误差更小。

关键词：模态识别本征正交分解动力学模态分解尾流

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NANO-MICRO LETTERS 2025年第1期17卷 1-46页

作者： fang, Lei Lin, Xiaoqi Xu, Ruian Liu, Lu Zhang, Yu tian, Feng Li, Jiao Jiao Xue, Jiajia Beijing Univ Chem Technol Beijing Lab Biomed Mat Beijing 100029 Peoples R China Beijing Univ Chem Technol State Key Lab Organ Inorgan Composites Beijing 100029 Peoples R China Univ Technol Sydney Fac Engn & IT Sch Biomed Engn Sydney NSW 2007 Australia

This review highlights the gradient variations in the structural composition of musculoskeletal tissues and comprehensively examines recent progress in the fabrication and application of biomimetic gradient scaffolds for musculoskeletal *** challenges and prospects of gradient scaffolds for clinical application are discussed. The intricate hierarchical structure of musculoskeletal tissues, including bone and interface tissues, necessitates the use of complex scaffold designs and material structures to serve as tissue-engineered substitutes. This has led to growing interest in the development of gradient bone scaffolds with hierarchical structures mimicking the extracellular matrix of native tissues to achieve improved therapeutic outcomes. Building on the anatomical characteristics of bone and interfacial tissues, this review provides a summary of current strategies used to design and fabricate biomimetic gradient scaffolds for repairing musculoskeletal tissues, specifically focusing on methods used to construct compositional and structural gradients within the scaffolds. The latest applications of gradient scaffolds for the regeneration of bone, osteochondral, and tendon-to-bone interfaces are presented. Furthermore, the current progress of testing gradient scaffolds in physiologically relevant animal models of skeletal repair is discussed, as well as the challenges and prospects of moving these scaffolds into clinical application for treating musculoskeletal injuries.

关键词： Gradient scaffolds Musculoskeletal tissues Advanced manufacturing Biomaterials Tissue regeneration

一个三维类Lorenz系统的混沌同步(英文)

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合肥师范学院学报 2012年第6期30卷 1-5页

作者：方天宝吴然超安徽大学数学科学学院安徽合肥230039

在本文中,我们基于李雅普诺夫稳定性的理论采用主动控制、反推控制和自适应控制三种方法研究了一个类Lorenz系统的混沌同步问题。与此同时,所提出的仿真结果进一步证实了所提出的方法是有效的和强有力的。

关键词：主动控制法反推控制法自适应控制法混沌同步

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基于粒子群算法的纯电动商用车转矩分配策略

江苏大学学报（自然科学版） 2025年第1期46卷 1-8,27页

作者：田韶鹏方正武汉理工大学汽车工程学院湖北武汉430070

针对纯电动商用车采用双电动机驱动时存在的转矩分配问题,提出基于粒子群算法的模糊控制策略.首先在Simulink/Stateflow软件中搭建整车动力系统物理模型,以粒子群算法为基础,进行整车转矩分配.由于计算量大,无法运用于实车,故根据粒子... 详细信息

针对纯电动商用车采用双电动机驱动时存在的转矩分配问题,提出基于粒子群算法的模糊控制策略.首先在Simulink/Stateflow软件中搭建整车动力系统物理模型,以粒子群算法为基础,进行整车转矩分配.由于计算量大,无法运用于实车,故根据粒子群算法的结果,结合传统项目经验,设计一个参数实时调节模糊控制器来进行转矩分配.该方法运行速度快,且基本达到粒子群全局优化的效果.验证与分析结果表明:与原车单电动机动力系统相比,采用该方法的双电动机动力系统能量消耗减少了12.08%;在双电动机动力系统下,该方法与平均分配控制策略相比,电动机总能量损失降低了13.09%.

关键词：纯电动商用车双电动机驱动转矩分配粒子群算法模糊控制策略

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我国网络信息资源供给分析

上海海运学院学报 2003年第3期24卷 274-276,280页

作者：方芳秦天保吴光伟上海海运学院经济管理学院上海200135 上海海运学院交通运输学院上海200135 同济大学经济与管理学院上海200092

完善网络信息资源的供给是我国实现国家信息化的最重要的条件之一,本文通过分析网络信息资源的特性,提出政府在网络信息资源的建设供给中应将主要精力放在降低网络信息资源供给的排他成本上,如推动网上支付、加大网络信息资源知识产权... 详细信息

完善网络信息资源的供给是我国实现国家信息化的最重要的条件之一,本文通过分析网络信息资源的特性,提出政府在网络信息资源的建设供给中应将主要精力放在降低网络信息资源供给的排他成本上,如推动网上支付、加大网络信息资源知识产权保护力度等等,为私人供给网络信息资源营造良好的市场环境;此外,在政府直接供给网络信息资源的情况下,也应引入市场机制,以提高网络信息资源供给的效率。

关键词：网络信息资源供给问题国家信息化中国公共物品私人物品排他成本经济学分析