正常成年人鼻腔结构与气体流场的计算机模拟

【摘要】：目的:通过电子计算机X线体层扫描技术(CT)将鼻腔解剖结构信息提取出来,并结合有限元法和粘性流体运动方程(Navier-Stokes方程)来构建正常成年人鼻腔结构与模拟鼻腔气体流场。 材料与方法: 1.材料 (1)成年男性志愿者;鼻中隔前端向右侧成“C”偏曲,但其无自觉鼻腔不适。(2)德国西门子公司多层螺旋CT(3)联想系列电子计算机。 2.实验方法(1)通过多层螺旋CT机获取志愿者鼻腔结构数据的图像。(2)应用Matlab软件的读图功能将图像数字化。(3)应用有限元计算软件Ansys 6.1前处理功能,将每一层的点连成线和面,构建鼻腔三维结构。(4)给定鼻腔两侧气流边界条件,使用有限元计算软件Ansys 6.1结合粘性流体运动Navier-Stokes方程,对鼻腔气流进行数字化计算。 结果: (1)后鼻孔气体流速为3m/s时,吸气状态下鼻腔气体流速最高为9.163m/s,最低气体流速为-2.176m/s (即紊流产生的气体返流现象)。呼气状态下鼻腔气体的最高流速为-9.18m/s,最低气体流速为1.711m/s。 (2)a.各气道气流主要为层流,鼻前庭和鼻咽部气流变化剧烈。 b. 鼻阈附近可见气体流场最大流速。 c. 吸气时,鼻腔各鼻道中心气体流速差距较大;呼气时,各气道 WP=5 中心流速大体一致。 d. 上颌窦口和上颌窦内的气体流速均较低。 e. 鼻咽部气流呼吸气状态下均产生紊流。 (3)后鼻孔气体流速提高为4m/s后,整体气流分布未见明显变化。鼻腔气体压力与鼻腔气流的变化呈现相一致性。 结论:通过应用计算机仿真技术,能够建立精确的三维鼻腔结构和鼻腔气体流场计算机模型,并为鼻腔气体流场基础性研究提供详细的气流数据。