可吸入颗粒物在人体气管内的沉积模拟研究

摘要

近年来,大气污染日益严重,危害到人体类的身体健康,其中,大气中悬浮颗粒物是大气污染的主要因素,也是引起人体各种呼吸道疾病的罪魁祸首。这些悬浮的颗粒物成分非常复杂,是各种粉尘、烟气、尾气等互相经过化学作用之后形成的,而且它们表面吸附有许多有毒甚至致癌的有害物质,不仅影响气候和空气质量、破坏生态环境和历史文物,而且严重危害人体呼吸系统,因此,研究可吸入颗粒物在人体呼吸器官中的运动和沉积机理意义重大,不仅为病理学中的一些呼吸疾病找到了依据,同时也可为制药学的研究提供那个了新的方向。
　　对于颗粒物在人体气管中的沉积模拟研究,多数研究者是基于Weibel模型A中的气管支气管模型,本文则利用医学CT扫描的图片重建了较真实的人体气管模型,同时采用能较好处理流线弯曲程度大的RNG?-?模型对气流场进行求解,对于固相颗粒物则是利用拉格朗日粒子示宗法来跟其运动轨迹的。
　　此外为了了解呼吸强度、颗粒物粒径以及气管形状对颗粒物在气管中沉积的影响,本文分别建立了三种不同管道形状的气管模型,直管模型、弯管模型和三叉管模型,同时对每种模型分别研究了15L/min、30L/min、45L/min和60L/min这四种呼吸强度以及0.1μm、0.25μm、0.5μm、1μm和2.5μm这五种颗粒物粒径的颗粒物的沉积情况。结果表明,在颗粒物粒径较小的情况下,颗粒物的沉积效率与气管的形状和呼吸强度有较大的关系,而受颗粒物粒径影响不明显。

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1 绪 论

1.1 前言

1.2 课题研究背景

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究的目的与主要内容

2 数值计算简介

2.1 计算流体动力学（CFD）概述

2.2 湍流模型简介

2.3 本章小结

3 人体气管内气流场的数值模拟

3.1 几何模型的建立

3.2 网格划分

3.3 边界条件的设置

3.4 流场数值模拟

3.5 本章小结

4 可吸入颗粒物在人体气管内的沉积模拟

4.1直通管中污染物的沉积分析

4.2 弯管中污染物的沉积分析

4.3 三叉管中污染物的沉积分析

4.4不同管道形状下污染物在气管中的沉积分析

4.5本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献