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雾霾颗粒物在真实人体上呼吸道中的沉积特性研究

孙玉胜  
【摘要】:雾霾颗粒物进入人身体后,会严重威胁人类的健康和生命,而呼吸道是雾霾颗粒物致病的主要通道。了解气流在人体呼吸道内的流动情况及可吸入颗粒物在其中的沉积规律,可以帮助人们认识呼吸道疾病的致病机理、找到治疗呼吸道疾病的方法,而且可以对一些喷发式深入气管类药物的研究开发具有指导意义。本文基于真实人体上呼吸道模型,研究了呼吸道内气流的流动情况以及雾霾颗粒物在其中的沉积特征,主要进行了以下几方面的研究工作:1、应用真实人体医学CT原始数据,进行了鼻腔上呼吸道至会厌部位的三维重构,精确塑造了整个上呼吸道结构。2、采用大涡模拟方法,计算计算了三种呼吸强度下,即Q=15 L/min(静坐),30 L/min(轻微运动),60L/min(剧烈运动)非稳态呼吸时上呼吸道内部的流场,分析了各特征部位及整个上呼吸道的气流运动情况。3、基于拉格朗日方法,模拟了三种呼吸强度下不同颗粒物粒径,即d=0.5μm,1μm,2.5μm,5μm,10μm颗粒物在呼吸道内部的运动和沉积。统计了不同粒径段颗粒物在呼吸道各部位的局部沉积率、整体沉积率以及逃逸率。总结出可吸入颗粒物在上呼吸道内部的沉积规律。4、对较大粒径的颗粒进行气固双向耦合模拟,分析对比沉积率的不同之处。


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