本文關(guān)鍵詞：人體呼吸道有限元模型及其對氣道局部收縮時氣體流動的數(shù)值模擬計算，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：支氣管哮喘是一種慢性的呼吸道疾病，正逐漸成為危害人類身體健康的重大難題。尤其是在包括中國在內(nèi)的發(fā)展中國家發(fā)病勢頭上升迅猛，哮喘病導(dǎo)致的死亡率也日益增長，哮喘病給全世界造成的經(jīng)濟損失已經(jīng)超過艾滋病和肺結(jié)核所造成的經(jīng)濟損失的總和。但哮喘病的病因與其發(fā)展機理至今還沒有得到完全的認(rèn)知。 哮喘以氣道結(jié)構(gòu)改變和氣道對收縮刺激因素的高反應(yīng)性為病理特征，即氣道重塑和氣道高反應(yīng)性。肺氣管具有十分復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，包括各級分支不斷變化的直徑、長度等形態(tài)學(xué)變化，在正常與病理條件下，氣道各級結(jié)構(gòu)還會發(fā)生不均勻的收縮和擴張，從而導(dǎo)致氣道中復(fù)雜的氣體流動情況。盡管Weibel，Horsfield等對人類肺形態(tài)和氣道解剖結(jié)構(gòu)做了大量研究，但如何將復(fù)雜的氣道幾何學(xué)，氣道內(nèi)流動的氣體與變動的氣道壁進行耦合，以建立人類呼吸系統(tǒng)的計算生物力學(xué)模型，以模擬氣道內(nèi)氣體的流動和物質(zhì)傳輸?shù)热跃哂刑魬?zhàn)性。 計算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics CFD）是一種有限元分析方法，主要求解的是納維-斯托克斯（Navier-Stokes N-S）方程，即將整個流體、燃燒等過程分散成在微小尺度內(nèi)關(guān)于基本流體假設(shè)成立的多個方程，并通過最終聯(lián)立求解的計算過程。是運用計算機和離散化的數(shù)值分析計算方法對流體問題進行模擬并分析計算的方法。 本文根據(jù)Horsfield、Tawhai呼吸道氣道模型參數(shù)，運用AutoCAD、SolidWorks工程軟件，建立人類呼吸道氣道理論模型，將理論模型結(jié)構(gòu)導(dǎo)入COMSOLMultiphysics仿真系統(tǒng)，并對G0氣道局部區(qū)域施加模擬局部收縮，通過對G0氣道流體入口速率與收縮內(nèi)徑阻塞范圍變化，運用CFD進行整個G0-G3氣道內(nèi)的流體流場分析與數(shù)值分析。數(shù)值模擬的結(jié)果表明，采用以上方法建立的呼吸道有限元理論模型，可以得到氣道收縮過程中呼吸道內(nèi)流體流速分布、流場線動態(tài)變化、氣道管壁壓力分布，而當(dāng)呼吸道內(nèi)徑阻塞范圍超過1/3管徑和下呼吸道入口流體流速達到一定數(shù)值的時候，氣道的收縮區(qū)域內(nèi)開始出現(xiàn)流體流場線回旋，同時收縮區(qū)域管壁壓力增大。本文雖是針對人體呼吸道氣道建立的生物力學(xué)模型，，但其基本的技術(shù)操作平臺和模擬方法同樣適用于其他關(guān)于流體運動的生物力學(xué)行為的研究，具有一定的應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】：生物力學(xué) CFD 呼吸道模型
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R562.25
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-17
• 1.1 問題的提出及研究意義8-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文研究的目的和內(nèi)容14-16
• 1.3.1 研究目的14-15
• 1.3.2 研究內(nèi)容15-16
• 1.4 技術(shù)路線16-17
• 2 呼吸生物力學(xué)模型理論17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 呼吸道的結(jié)構(gòu)與功能17-20
• 2.2.1 呼吸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能17-18
• 2.2.2 呼吸道氣道18-20
• 2.3 呼吸生物力學(xué)20-25
• 2.3.1 呼吸動力機制20
• 2.3.2 呼吸道氣體流動狀態(tài)20-22
• 2.3.3 呼吸道流體力學(xué)原理22-25
• 3 呼吸道參數(shù)及幾何模型重構(gòu)25-32
• 3.1 引言25-26
• 3.2 呼吸道幾何參數(shù)26-27
• 3.3 幾何形態(tài)模型重構(gòu)27-31
• 3.3.1 AutoCAD 與二維幾何形態(tài)結(jié)構(gòu)模型27-29
• 3.3.2 SolidWorks 與三位幾何形態(tài)結(jié)構(gòu)模型29-31
• 3.4 小結(jié)31-32
• 4 三維人體下呼吸道呼吸模擬32-44
• 4.1 引言32
• 4.2 三維人體下呼吸道模擬32-38
• 4.2.1 呼吸道模型導(dǎo)入33-34
• 4.2.2 呼吸道模型參數(shù)選取、控制方程和邊界條件34-36
• 4.2.3 呼吸道模型網(wǎng)格劃分36-37
• 4.2.4 呼吸道模型求解器參數(shù)設(shè)定37-38
• 4.3 正常呼吸狀態(tài)下呼吸道模型后處理及分析38-43
• 4.3.1 正常呼吸狀態(tài)下呼吸道模型流體流速分布38-41
• 4.3.2 正常呼吸狀態(tài)下呼吸道模型管壁壓力分布41-43
• 4.4 小結(jié)43-44
• 5 正常呼吸狀態(tài)下呼吸道收縮模擬44-58
• 5.1 引言44-45
• 5.2 正常呼吸狀態(tài)下呼吸道收縮模擬45-50
• 5.3 正常呼吸狀態(tài)下呼吸道收縮模擬后處理及分析50-56
• 5.3.1 正常呼吸狀態(tài)下呼吸道收縮模擬流體流場及速度分布50-55
• 5.3.2 正常呼吸狀態(tài)下呼吸道收縮模擬邊界壓力分布55-56
• 5.4 小結(jié)56-58
• 6 總結(jié)與展望58-60
• 6.1 總結(jié)58
• 6.2 后續(xù)與展望58-60
• 致謝60-61
• 參考文獻61-64

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 劉迎曦;于馳;孫秀珍;于申;張軍;王吉U

本文編號：312953