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(méi)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(lái)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(shí)末端呼吸系統(tǒng)各個(gè)結(jié)構(gòu)中的流場(chǎng)特點(diǎn)以及顆粒氣溶膠的運(yùn)動(dòng)沉積規(guī)律非常重要。本文采用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）來(lái)模擬肺泡系統(tǒng)中的流場(chǎng)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(jì)算，顆粒采用拉格朗日的方法

2、追蹤。主要研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)部分：
　　第一部分是探究肺泡有節(jié)奏地收縮擴(kuò)張對(duì)肺泡域內(nèi)的流場(chǎng)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(duì)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?cái)U(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(duì)肺泡域內(nèi)的流場(chǎng)和顆粒相的影響。結(jié)果表明：肺泡彈性形變量的不同對(duì)肺泡域內(nèi)的流場(chǎng)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(duì)顆粒的傳輸特性的影響不大，但是對(duì)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(duì)亞微米顆粒（dp≤0.1μm）以及大尺寸微米級(jí)顆粒（dp≥5.0μm）的沉積效率影響顯著，對(duì)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(huì)降低0.1μm顆粒的沉積效率，而小彈性形變量會(huì)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(duì)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(jì)算域內(nèi)的瞬態(tài)分布相對(duì)均勻；而小尺寸微米級(jí)（1.0μm~2.5μm）顆粒主要受流場(chǎng)曳力的作用，因此在計(jì)算域內(nèi)的瞬態(tài)分布隨流場(chǎng)的不同而不同；而大尺寸微米級(jí)顆粒（5.0μm）主要受重力的作用，因此在計(jì)算域內(nèi)偏向重力方向分布。呼吸周期對(duì)中尺寸的顆粒（1.0μm~2.0μm）的瞬態(tài)分布影響較為顯著。因?yàn)楹粑芷谠酱螅髁鞯乃俣人p地越慢，主要受流場(chǎng)曳力影響的中尺寸微米級(jí)顆粒所受影響自然最為顯著。而呼吸周期對(duì)多