可吸入顆粒在肺泡中沉積的數(shù)值模擬.pdf

1、空氣中可吸入顆粒物，在進(jìn)入人體呼吸道后，有一部分沒有沉積在呼吸道的傳導(dǎo)氣管上，而是深入到呼吸系統(tǒng)肺泡區(qū)沉積，從而導(dǎo)致諸多疾病，如支氣管炎、肺氣腫、哮喘等。另一方面，越來越多的噴霧藥劑被用在治療呼吸系統(tǒng)疾病中。因此，了解和認(rèn)識末端呼吸系統(tǒng)各個結(jié)構(gòu)中的流場特點(diǎn)以及顆粒氣溶膠的運(yùn)動沉積規(guī)律非常重要。本文采用計算流體力學(xué)（CFD）來模擬肺泡系統(tǒng)中的流場特性和顆粒的傳輸、沉積特性。連續(xù)相采用直接數(shù)值模擬（DNS）的方法計算，顆粒采用拉格朗日的方法

2、追蹤。主要研究內(nèi)容包括以下三個部分：
　　第一部分是探究肺泡有節(jié)奏地收縮擴(kuò)張對肺泡域內(nèi)的流場和顆粒相的影響。結(jié)果表明：肺泡收縮擴(kuò)張使得肺泡管與肺泡內(nèi)的流體更易相互流通。肺泡的收縮擴(kuò)張機(jī)制對亞微米顆粒產(chǎn)生的作用要遠(yuǎn)大于布朗力，因此亞微米顆粒更加容易地擴(kuò)散進(jìn)入并沉積在彈性肺泡內(nèi)。
　　第二部分是探究肺泡彈性變形量對肺泡域內(nèi)的流場和顆粒相的影響。結(jié)果表明：肺泡彈性形變量的不同對肺泡域內(nèi)的流場強(qiáng)度以及流線分布的影響很小，幾乎可以忽略

3、。肺泡彈性形變量的不同對顆粒的傳輸特性的影響不大，但是對亞微米顆粒（dp≤1.0μm）的沉積分布影響顯著。肺泡彈性形變量的不同對亞微米顆粒（dp≤0.1μm）以及大尺寸微米級顆粒（dp≥5.0μm）的沉積效率影響顯著，對其余尺寸顆粒的沉積效率影響不大。具體表現(xiàn)為大彈性形變量會降低0.1μm顆粒的沉積效率，而小彈性形變量會降低5.0μm顆粒的沉積效率。
　　第三部分是探究顆粒的尺寸以及呼吸周期等非幾何因素對顆粒沉積特性的影響。亞微米

4、顆粒的傳輸主要受布朗力的作用，因此在計算域內(nèi)的瞬態(tài)分布相對均勻；而小尺寸微米級（1.0μm~2.5μm）顆粒主要受流場曳力的作用，因此在計算域內(nèi)的瞬態(tài)分布隨流場的不同而不同；而大尺寸微米級顆粒（5.0μm）主要受重力的作用，因此在計算域內(nèi)偏向重力方向分布。呼吸周期對中尺寸的顆粒（1.0μm~2.0μm）的瞬態(tài)分布影響較為顯著。因為呼吸周期越大，主流的速度衰減地越慢，主要受流場曳力影響的中尺寸微米級顆粒所受影響自然最為顯著。而呼吸周期對多