气溶胶在含软骨环结构呼吸系统模型中的输运沉淀研究

摘要

本文通过数值模拟的方法研究了气溶胶粒子在添加软骨环结构的呼吸系统中的输运及沉淀情况。通过商用软件CFX建立了半理想化的口腔通道模型和连接非对称肺气管的呼吸系统模型，并在喉管中加入了软骨环模型。首先，在稳态的轻微呼吸模式下，研究了在多种网格精细度的条件下，对于不同St数粒子的沉淀率，通过和实验数据及其他模拟数值的对比验证了模型的有效性。随后利用添加软骨环的模型在稳态的轻微呼吸模式下，模拟了呼吸系统稳态吸气过程，研究了软骨环结构对口腔内流场的影响，同时分析了直径为0.93μm、4μm、9.8μm、16μm粒子在呼吸系统各个部位的输运与沉淀并得到了沉淀图景。最后利用该模型，在动态的轻微呼吸模式下，模拟了动态的吸气过程，得到了口腔通道的动态流场及动态的粒子输运和沉淀情况。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

第二章 基本理论

第一节 基本概念

一 气溶胶简介

二 流体力学基本概念

第二节 流体力学基本方程

一 连续性方程

二 动量守恒方程

第三节 数值模拟概述

一 数理模型

二 有限元方法的理论基础

第三章 模型的构建

第一节 人体呼吸系统模型的构建

一 口腔模型的建立

二 肺部解剖结构及模型重建

三 呼吸系统模型构建及软骨环的添加

第二节 物理模型的建立

一 呼吸模式

二 呼吸系统中的流场方程

三 数值计算

第四章 模拟结果及分析

第一节 模型有效性验证

第二节 添加软骨环模型的呼吸系统稳态模拟

一 流场结构

二 粒子沉淀率

三 粒子沉淀部位

第三节 添加软骨环模型的口腔通道瞬态模拟

一 稳态流场结构

二 粒子沉淀结果

第五章 结论与展望

致谢

参考文献

个人简历