前言

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。

对于纳米磁性粒子在均匀磁场下的凝聚行为，本书用蒙特卡罗（Cluster-moving）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。

基于蒙特卡罗方法，我们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，虽然捕获半径增大了，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。

本书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。本书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。本书的研究将为磁性流体在高梯度磁场下的动力学研究提供重要的材料基础和理论参考，有一定的学术意义和应用价值。

本书著者张静系华北水利水电大学数学与信息科学院的物理教师，在本书的编写过程中得到了学院领导的指导和大力支持。著者所在物理实验教研室的老师也给予了很大的帮助，在此表示衷心的感谢！感谢本学院物理教研室的同事秦臻在本书中所做的工作，同时感谢师兄李小路博士给予的悉心指导和帮助，在此表示诚挚的谢意！本书的出版得到了国家自然基金项目（11104072）的支持，在此表示感谢！由于本人水平有限，本书的错误和不妥之处在所难免，敬请专家及同行提出批评和指正。

张静

于华北水利水电大学

2016年9月25日