流固耦合作用下真实人体上呼吸道气溶胶扩散沉积的仿真与实验

摘要：

通过构建真实人体上呼吸道三维规范模型,运用大涡模拟数值方法和Lagrangian随机轨道模型,对考虑流固耦合作用时循环呼吸模式下上呼吸道内气溶胶的扩散沉积进行数值仿真,分析气流涡结构演化对气溶胶扩散的影响,并通过实验对气溶胶在人体上呼吸道的沉积率进行测量,验证仿真方法的正确性.结果表明:循环吸气时,0.3μm气溶胶颗粒比6.5 μm气溶胶颗粒更容易通过上呼吸道而进入更深层次的支气管;循环呼气时,部分进入上呼吸道的颗粒在呼出气流夹带下,在气道中折返、回旋、沉积,而有些则从口腔中呼出;0.3和6.5μm气溶胶颗粒在咽、喉以及气管内沉积较多,而在口腔内沉积较少;6.5μm气溶胶颗粒在上呼吸道不同部位的沉积率明显高于0.3 μm气溶胶;流固耦合作用时咽部、喉部的壁面形变可缓冲气流冲击,气溶胶颗粒在咽喉部位的沉积率有所下降;大粒径气溶胶颗粒沉积受惯性碰撞影响较大,而小粒径气溶胶颗粒沉积受湍流扩散及涡流夹带的影响较大.

关键词：人体上呼吸道、涡结构演化、气溶胶、扩散沉积、流固耦合作用

所属期刊栏目：36

分类号：R318(医用一般科学)

资助基金：国家自然科学基金31070832

在线出版日期：2017-07-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：308-315