淀粉水慢搅如液，用力快搅甚至拍打则呈固态，这是“剪切增稠”；而血液、油漆流动得越快反而越“稀”，这一“剪切稀化”特性，正是人体循环高效运转的流体密码。近日，西北工业大学动力与能源学院乔永辉教授团队破解血液精准模拟难题，构建全球统一的血流计算物理评价体系，成果发表于物理学顶级期刊《Physics Reports》（影响因子29.5），为心血管疾病模拟诊断提供了重要科学支撑。
血液是典型的非牛顿流体，其“剪切稀化”特性保障血液在血管中顺畅循环，但血液流变行为的高度复杂性，让精准量化该特性、建立统一模拟标准成为全球血液计算力学领域的长期难题。临床中，“虚拟血管”模拟是辅助诊断心血管疾病、预测血栓风险的重要手段，而学界此前缺乏统一的血液非牛顿计算模型标准，不同算法的模拟结果差异显著，直接影响诊疗精准度。
针对这一痛点，团队在1919年以来全球140项核心研究基础上系统梳理分析，建立起涵盖剪切稀化、黏弹性及屈服应力等特性的血流动力学计算物理评价体系，明确幂律模型、广义幂律模型等主流非牛顿流体模型的剪切率适用范围，为全球科研人员提供清晰的模型选取参考。
该研究确立剪切率100s⁻¹为血液非牛顿特性的科学分界点：当剪切率高于该数值时，血液黏稠度基本稳定，可视为普通牛顿流体；而剪切率低于该数值时，在动脉瘤、血管狭窄等病变区域，血液会表现出显著的非牛顿特性，黏稠度发生变化，红细胞也更易聚集，这一结论为精准识别病变区域的血流状态提供了重要科学依据。
值得关注的是，血管是柔软有弹性的生命通道，团队还针对“流固耦合”（FSI）展开研究，评价了两种求解路径，并提出采用光滑粒子流体动力学（SPH）无网格方法，突破传统方法在血管大变形场景下的计算瓶颈，提升模拟真实性与可靠性，同时指出算法选择需权衡精度与效率。
据悉，乔永辉教授团队长期深耕该领域，此次研究全面梳理现有血流模拟框架、总结血管壁变形模拟不同路径，还指出当前非牛顿模拟在数学稳定性、参数统一性及静脉研究等方面的局限，为构建高精度患者专属模型、推动精准医疗奠定坚实理论基础。
此次成果的发表，标志着西工大在医工交叉基础理论领域取得了重要进展，研究高性能流体计算的工程技术与“面向人民生命健康”的战略使命在此实现了深度契合。
（中国日报陕西记者站 编辑：秦峰 通讯员：孙一凡）
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