(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210955300.X (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历城区山大南 路27号 (72)发明人 姬丽　褚开维　纪玉翔　刘尧　 张晨艺　申迎松　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 赵妍 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G16B 5/00(2019.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种水力旋流器分离细胞的数值模拟方法 及系统 (57)摘要 本发明提供了一种水力旋流器分离细胞的 数值模拟方法及系统， 包括： 获取待分离的细胞 的浓度和表 面积、 流体相数和流体在不同剪切速 率下的剪切应力； 基于待分离的细胞的表面积， 计算细胞的球形度； 基于流体在不同剪切速率下 的剪切应力， 得到流体的非牛顿流体流动指数； 基于细胞的球形度和流体的非牛顿流体流动指 数， 计算细胞受到的曳力； 根据细胞浓度和流体 相数， 选取不同方法， 基于所述曳力对微型水力 旋流器分离细胞过程进行模拟， 得到特性参数。 从单一的模型扩展到包含多种模型的数值模拟 计算， 为更加全面地研究和应用微型水力旋流器 分离细胞提供保障。 权利要求书2页 说明书11页 附图1页 CN 115374620 A 2022.11.22 CN 115374620 A 1.一种水力旋流器分离细胞的数值模拟方法， 其特 征在于， 包括： 获取待分离的细胞的浓度和表面积、 流体相数和流体在不同剪切速率下的剪切应力； 基于待分离的细胞的表面积， 计算细胞的球形度； 基于流体在不同剪切速率下的剪切应力， 得到流体的非牛 顿流体流动指数； 基于细胞的球形度和流体的非牛 顿流体流动指数， 计算细胞受到的曳力； 根据细胞浓度和流体相数， 选取不同方法， 基于所述曳力对微型水力旋流器分离细胞 过程进行模拟， 得到特性 参数。 2.如权利要求1所述的一种水力 旋流器分离细胞的数值模拟方法， 其特征在于， 若所述 细胞浓度小于等于体积浓度， 则对微型 水力旋流器分离细胞 过程进行模拟的方法为： 基于旋流器内的流体密度， 得到旋流器每一个计算单元的流体压强和流体速度， 从而 得到旋流器内部的压强分布和速度分布； 基于旋流器入口和出口 的面积， 结合旋流器内部的速度分布， 得到 旋流器的水分流比； 获取每个细胞的质量， 结合每个细胞受到的曳力和压力梯度力， 得到每个细胞的速度 位置后， 计算旋流器对细胞的分离效率。 3.如权利要求1所述的一种水力 旋流器分离细胞的数值模拟方法， 其特征在于， 若所述 细胞浓度大于体积浓度， 且流体相数小于设定值， 则将细胞的斯 托克斯数与阈值进行比较。 4.如权利要求3所述的一种水力 旋流器分离细胞的数值模拟方法， 其特征在于， 若所述 细胞的斯 托克斯数小于阈值， 则对微型 水力旋流器分离细胞 过程进行模拟的方法为： 基于旋流器每一个计算单元中每相的速度、 密度、 粘度和体积分数， 结合每相受到的曳 力和压力梯度力， 得到旋流器每一个计算单元 的混合相 压强和混合相 速度， 从而得到旋流 器内部的压强分布和速度分布； 基于旋流器入口和出口的面积， 结合旋流器内部的每一相的速度分布， 得到旋流器的 水分流比和细胞分离效率。 5.如权利要求3所述的一种水力 旋流器分离细胞的数值模拟方法， 其特征在于， 若所述 细胞的斯 托克斯数 大于等于阈值， 则对微型 水力旋流器分离细胞 过程进行模拟的方法为： 基于旋流器每一个计算单元中每相的体积分数、 密度和速度， 结合每相受到的曳力和 压力梯度力， 得到旋流器每一个计算单元中的速度和压强， 从而得到旋流器内部的压强分 布和速度分布； 基于旋流器入口和出口的面积， 结合旋流器内部的每一相的速度分布， 得到旋流器的 水分流比和细胞分离效率。 6.如权利要求1所述的一种水力 旋流器分离细胞的数值模拟方法， 其特征在于， 若所述 细胞浓度大于体积浓度， 且流体相数大于等于设定值， 则对微型水力旋流器分离细胞过程 进行模拟的方法为： 基于旋流器每一个计算单元中的流体密度， 结合每个细胞受到的曳力和压力梯度力， 得到每个计算单元的流体压强和流体速度， 从而得到 旋流器内部的压强分布和速度分布； 基于旋流器入口和出口 的面积， 结合旋流器内部的速度分布， 得到 旋流器的水分流比； 基于细胞的半径、 质量、 细胞之间的相对切向、 法向速度和碰撞产生的重叠量， 计算得 到细胞间碰撞产生的接触力和阻尼力； 基于所述接触力和阻尼力， 得到细胞的速度后， 计算旋流器对细胞的分离率。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115374620 A 27.一种水力旋流器分离细胞的数值模拟系统， 其特 征在于， 包括： 数据获取模块， 其被配置为： 获取待分离的细胞的浓度和表面积、 流体相数和流体在不 同剪切速率下的剪切应力； 球形度计算模块， 其被 配置为： 基于待分离的细胞的表面积， 计算细胞的球形度； 非牛顿流体流动指数计算模块， 其被配置为： 基于流体在不同剪切速率下的剪切应力， 得到流体的非牛 顿流体流动指数； 曳力计算模块， 其被配置为： 基于细胞的球形度和流体的非牛顿流体流动指数， 计算细 胞受到的曳力； 模拟模块， 其被配置为： 根据细胞浓度和流体相数， 选取不同方法， 基于所述曳力对微 型水力旋流器分离细胞 过程进行模拟， 得到特性 参数。 8.如权利要求7所述的一种水力 旋流器分离细胞的数值模拟系统， 其特征在于， 若所述 细胞浓度大于体积浓度， 且流体相数小于设定值， 则将细胞的斯 托克斯数与阈值进行比较。 9.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 该程序被处理器执 行时实现如权利要求1 ‑6中任一项 所述的一种水力旋流器分离细胞的数值模拟方法中的步 骤。 10.一种计算机设备， 包括存储器、 处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计 算机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述程序时实现如权利要求 1‑6中任一项 所述的一 种水力旋流器分离细胞的数值模拟方法中的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115374620 A 3