血液作为运输物质和氧气的主要载体,对生命维持发挥着至关重要的作用.它也储存着人体的健康信息,许多疾病都与血液有着密切的联系,如疟疾、贫血、血栓等,因此验血成为了很多疾病诊治的先导手段.对血液的研究不仅有助于深入理解血液循环的机理,而且也有利于研发与血液相关疾病的诊治手段.本论文采用数值方法对血流进行模拟,主要研究了血浆的微流控分离技术以及红细胞压积的时空不均匀性.考虑到血管网络的复杂性以及细胞的大小尺度,我们采用基于粒子的介观数值方法—光滑耗散粒子动力学,来描述微血管网络内流体的行为;同时采用浸入边界法来处理细胞与流体间的相互作用.这两者结合便是本论文所采用的主要数值方法（SDPD-IBM）,它不仅便于解决复杂计算区域内的流固耦合问题,而且还能在一定程度上描述介观尺度的随机振荡现象.然而,该方法也有一些不足之处,主要包括进出口边界条件的实现和计算效率偏低两个问题.基于此,本论文主要贡献有:1)开发了精确的进出口边界条件,2)构建高效的并行框架,3)数值设计血浆分离的微流控芯片,4)数值研究红细胞压积的时空不均匀性.不同于基于网格的数值方法,基于粒子的方法一般采用Lagrange描述,在进口处需要有粒子不断流入,而在出口处需要不断删除流出的粒子.因此进出口边界条件是基于粒子类方法的重要挑战之一.为此,我们在计算区域两端分别增加一个进口区域和一个出口区域.进口区域是一个可以不断产生新的粒子和细胞的生成区域.在该区域内,我们采用周期边界条件;当一个粒子或细胞流过边界时,该粒子或细胞被放回该区域.为了保证粒子和细胞能够不断地流入,该粒子或细胞同时也被复制到计算区域.出口区域是一个处理流出粒子和细胞的删除区域.当一个粒子或细胞流出该区域时,若直接被删除,会导致系统质量和动量不守恒.因此,为了保证质量和动量守恒,我们对出口区域内的每个粒子施加保守力和耗散力自适应地补偿质量和动量的损失.模拟结果显示,我们所提出的进出口边界条件可以准确地实现多出口的血流模拟.为了保证计算精度,基于粒子的方法往往采用大量的粒子来离散计算区域,这样计算效率便成为其另一个重要的挑战.为此,我们构建了一个具有主从结构的MPI并行框架.主线程负责划分任务并且接收计算结果,而从线程分为三种类型:细胞线程、进口线程和混合线程.一个细胞分配一个细胞线程,用来计算细胞的力学行为,如细胞的变形和细胞间的聚集,这样大大减少了细胞线程间的信息传递量.进口线程和混合线程采用区域分解进行划分,分别负责更新进口区域和计算区域的细胞和粒子的位置和速度等物理量.对于一个典型的血流模拟算例,约60000个粒子和40个细胞,该并行框架在计算时间上比串行方式提升了近30倍.血浆分离是实验分析和制药过程中常见的操作之一.我们通过对实验设计的一款血浆分离的微流控芯片进行分析研究,数值设计了一个更加高效的血浆分离芯片.首先,我们将实验芯片拆分为单个分叉管道,研究管道流量及分叉角度对分离纯度和效率的影响;确定了一组最优参数,即分叉角度为2π/3,细胞与血浆出口的流量比为2.5:1.然后,以最优参数组合设计了新的血浆分离芯片,并与实验芯片分离效果进行比较.结果表明,在两种芯片都没有细胞堵塞的情况下,新设计芯片的分离纯度为100%,效率为64%,而实验芯片的分离纯度为100%,效率为25%.最后,我们进一步确定使用新设计芯片时的血液注入的流量以及稀释程度.结果显示,随着进口处红细胞压积的增大,分离效率先增大后减小,在红细胞压积为10.4%时达到最大值.此外,当进口流量小于13.3μl/h,分离纯度可达到100%;而当进口流量大于该值时,纯度将降低.因此,新芯片进口处的最佳注入流量为13.3μl/h,最佳红细胞压积为10.4%,此时分离效率为64%,分离纯度为100%.这体现了数值模拟在生物医学设备设计方面的辅助作用.红细胞压积是人体健康状况的重要指标之一,对疾病的诊治具有重要意义.我们针对三种不同的微血管网络,研究不同时刻和不同位置的红细胞压积分布,展示细胞压积的时空不均匀性.从时间上,细胞压积有的变化比较平稳,而有的一直处于周期振荡.从空间上,不同直径血管的细胞压积分布不均匀;而且不同类型血管,如直管、弯管以及分叉管,也体现出不同的细胞压积分布.研究结果显示,这种时空不均匀性主要归因于网络中存在大量的分叉管道,如果血管为直管道,那么细胞压积将在时空上比较平稳.基于此,我们详细研究了分叉血管中血液流量、管道直径、管道曲率对细胞压积的影响.相比于当前流行的细胞压积测量手段,如抽血化验（只能给出总体平均测量数据）和核磁共振成像（只能得到二维测量数据）,我们的研究结果（可以提供不同时刻不同位置的三维数据）对相关疾病的诊治提供了更加准确的信息.