张曙梅,徐向荣,徐浩,周涛,李双,李妍

(1.安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243032; 2.安徽工业大学数理学院,安徽马鞍山243032)

基于多元相场理论的细菌生物膜生长动力学建模及其数值模拟

张曙梅1,徐向荣1,徐浩2,周涛1,李双1,李妍1

(1.安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243032; 2.安徽工业大学数理学院,安徽马鞍山243032)

细菌生物膜普遍存在于自然界和工业环境中.将细菌生物膜视为由多种组元组成的不可压缩的黏性流体,结合多元相场理论、物质连续方程、动量守恒方程、溶质场控制方程和生物反应动力方程对细菌生物膜生长动力学进行建模.通过对模型的数值模拟,可以描述细菌和胞外聚合物在静态环境和动态环境中的生长状况以及营养物质的消耗规律.

细菌生物膜;相场理论;动力学模型;数值模拟

细菌生物膜是单一或多种细菌为了适应自然环境而形成的微菌落聚集物,其主要成分为多糖蛋白复合物[1-2].细菌生物膜的生长是一个产生、发展、壮大的过程.通过对细菌生物膜生长规律的研究以及建立细菌生物膜生长动力学模型,既可以揭示细菌生物膜的生长机理,又可以有效控制细菌生物膜的形成和发展,抑制其有害作用[3].已有的研究主要是从数学、流体力学、计算机仿真以及实验的角度对细菌生物膜进行研究,具体可分为低维连续模型、有限扩散凝聚模型、元胞自动机模型和单流体相场模型[4-9].本工作的研究内容是属于单流……