鼻腔内气流的流场、温度场和湿度场分布的研究

摘要

该文根据鼻腔详细的解剖学资料以及鼻腔断层扫描图数据,从鼻腔入口开始,依次提取20个断面上的数据,并根据所提取的数据在3dsmax中描绘出相应断面边界上的封闭曲线,然后依次插值封装这20个断面,建立了人体右鼻腔真实的复杂的鼻腔三维几何模型.作者用有限元分析软件ANSYS对鼻腔模型划分网格单元,数值模拟了定常情况下最大吸气时鼻腔内气流的分布情况,并且分析了一个呼吸周期内鼻腔里面气流流动的详细分布情况.同时,通过计算确定了在平静呼吸时,气流在鼻腔内的流动是层流.通过对有限元计算模型研究,得知鼻腔内的气流流动状态主要是由它的复杂的三维几何结构决定.计算I结果显示,气流主要是沿着鼻腔的下鼻甲和中鼻甲之间的通道流动,并且在这些地方,气流的阻力也是最低的.在鼻腔后部的鼻甲地方,鼻腔的截面积减小,在这个地方的鼻甲结构也确定了通过鼻腔里的气流的路径.在呼吸周期内的不同时刻,所得到鼻腔内流场和压力分布十分相似,只是相应时刻的速度和压力的数值有很小的区别.在呼气过程中,在最大呼气时刻时,气流速度的最大值比最大吸气时的大;呼气过程与吸气过程中的气流分布非常相似,并且在呼气过程中,鼻腔里面的气流分布比吸气过程中的气流分布更均匀.假定气流物性参数如密度、比热、粘滞系数、导热系数及质量扩散系数不受温度变化影响,在得到鼻腔内气流分布的基础上,作者求解对流扩散传热方程,得到从鼻孔到喉部的温度场,(通道内非耦合层流换热).并探讨了入口气流温度变化对鼻腔内气流温度分布的影响.鼻腔内的气体加湿实际上是鼻粘膜表面的水分在鼻腔内的对流传质问题.其方程形式与对流扩散传热方程一样.本文通过变化热传导方程,使导热系数对应于扩散系数,温度对应于水蒸汽浓度,得到了质量传递方程.作者求解此方程,讨论了入口气流湿度变化对鼻腔内气流湿度分布的影响.计算结果显示,在鼻腔正常的情况下,尽管外界的温度不一样,但鼻腔的温度经常保持在30℃~33℃,由此可见,鼻腔对进入其里面的冷空气有很好的加温作用;同时鼻腔对进入其内的空气进行加湿,当入口气流湿度为60﹪时,在鼻腔出口(喉部)的气流湿度平均达到90﹪以上.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1背景

1.2目前国内外对鼻腔内气流分布情况的研究进展

1.3课题的目的

1 4本论文所做的工作

第二章鼻腔解剖结构及其生理功能

2.1人体鼻腔的解剖结构

2.1.1鼻前庭

2.1.2固有鼻腔

2.2鼻的生理功能

2.2.1呼吸功能

2.2.2嗅觉功能

2.2.3共鸣

2.2.4反射机能

第三章人体鼻腔内气流分布的研究

3.1 CFD软件介绍

3.2 ANSYS中FLOTRAN CFD分析的概念

3.3 正常人体鼻腔内气流分布的研究

3.3.1用FEM作鼻腔内气流分布的计算

3.3.2建立三维鼻腔模型

3.3.3对建立的鼻腔模型划分网格单元

3.3.4假设气流状态

3.3.5计算分析内容

3.4气流在鼻腔里定常流动的探讨

3.4.1边界条件的提出

3.4.2计算结果

3.4.3鼻腔内气体流动状态的探讨

3.5非定常进口速度对鼻腔内气流分布的影响

3.6入口温度变化对鼻腔内气流温度场分布的影响

3.7讨论湿度变化对鼻腔内气流湿度场分布的影响

3.8 小结

第四章结束语

参考文献

致谢

声明

攻读硕士学位期间发表的论文