本文關鍵詞：可吸入顆粒在肺泡中沉積的數值模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：空氣中可吸入顆粒物,在進入人體呼吸道后,有一部分沒有沉積在呼吸道的傳導氣管上,而是深入到呼吸系統(tǒng)肺泡區(qū)沉積,從而導致諸多疾病,如支氣管炎、肺氣腫、哮喘等。另一方面,越來越多的噴霧藥劑被用在治療呼吸系統(tǒng)疾病中。因此,了解和認識末端呼吸系統(tǒng)各個結構中的流場特點以及顆粒氣溶膠的運動沉積規(guī)律非常重要。本文采用計算流體力學(CFD)來模擬肺泡系統(tǒng)中的流場特性和顆粒的傳輸、沉積特性。連續(xù)相采用直接數值模擬(DNS)的方法計算,顆粒采用拉格朗日的方法追蹤。主要研究內容包括以下三個部分：第一部分是探究肺泡有節(jié)奏地收縮擴張對肺泡域內的流場和顆粒相的影響。結果表明：肺泡收縮擴張使得肺泡管與肺泡內的流體更易相互流通。肺泡的收縮擴張機制對亞微米顆粒產生的作用要遠大于布朗力,因此亞微米顆粒更加容易地擴散進入并沉積在彈性肺泡內。第二部分是探究肺泡彈性變形量對肺泡域內的流場和顆粒相的影響。結果表明：肺泡彈性形變量的不同對肺泡域內的流場強度以及流線分布的影響很小,幾乎可以忽略。肺泡彈性形變量的不同對顆粒的傳輸特性的影響不大,但是對亞微米顆粒(dP≤1.0μm)的沉積分布影響顯著。肺泡彈性形變量的不同對亞微米顆粒(dP≤0.1μm)以及大尺寸微米級顆粒(dP≥5.0μm)的沉積效率影響顯著,對其余尺寸顆粒的沉積效率影響不大。具體表現為大彈性形變量會降低0.1μm顆粒的沉積效率,而小彈性形變量會降低5.0μm顆粒的沉積效率。第三部分是探究顆粒的尺寸以及呼吸周期等非幾何因素對顆粒沉積特性的影響。亞微米顆粒的傳輸主要受布朗力的作用,因此在計算域內的瞬態(tài)分布相對均勻；而小尺寸微米級(1.0μm～2.5μm)顆粒主要受流場曳力的作用,因此在計算域內的瞬態(tài)分布隨流場的不同而不同；而大尺寸微米級顆粒(5.0μm)主要受重力的作用,因此在計算域內偏向重力方向分布。呼吸周期對中尺寸的顆粒(1.0μm～2.0μm)的瞬態(tài)分布影響較為顯著。因為呼吸周期越大,主流的速度衰減地越慢,主要受流場曳力影響的中尺寸微米級顆粒所受影響自然最為顯著。而呼吸周期對多尺寸顆粒的沉積分布特性并沒有顯著的影響。
【關鍵詞】：彈性肺泡 彈性變形量 動網格 直接數值模擬 可吸入顆粒
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R56;X513
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 1 緒論12-23
• 1.1 引言12-13
• 1.2 顆粒沉積數值模擬的研究現狀13-21
• 1.3 現有研究存在的不足與局限性21
• 1.4 本文的研究內容和創(chuàng)新點21-23
• 2 數理模型和數值方法23-36
• 2.1 肺泡區(qū)域氣相流動連續(xù)介質假定合理性23-24
• 2.2 控制方程24-27
• 2.2.1 氣相控制方程24
• 2.2.2 離散相控制方程24-27
• 2.3 數值方法27-32
• 2.3.1 直接數值模擬(DNS)27-28
• 2.3.2 壓力修正SIMPLE算法28-29
• 2.3.3 CFD-DPM算法29-32
• 2.4 邊界條件32
• 2.5 數值驗證32-35
• 2.6 本章小結35-36
• 3 肺泡的收縮擴張效應對顆粒沉積特性的影響36-50
• 3.1 物理模型36-38
• 3.2 數據統(tǒng)計38-39
• 3.3 肺泡的收縮擴張效應對流場的影響39-43
• 3.4 肺泡的收縮擴張效應對顆粒相的影響43-46
• 3.5 剛性肺泡及彈性肺泡域內顆粒沉積的量化分析46-49
• 3.6 本章小結49-50
• 4 肺泡的彈性形變量對顆粒沉積特性的影響50-61
• 4.1 彈性形變量對流場影響的可視化結果50-54
• 4.2 肺泡彈性形變量對顆粒相影響的可視化結果54-56
• 4.2.1 肺泡彈性形變量對顆粒傳輸特性的影響54-55
• 4.2.2 肺泡彈性形變量對顆粒沉積特性的影響55-56
• 4.3 肺泡彈性變形量對顆粒沉積影響的統(tǒng)計結果56-59
• 4.4 本章小結59-61
• 5 顆粒尺寸、呼吸周期等因素對顆粒沉積特性的影響61-73
• 5.1 顆粒尺寸對顆粒相的影響61-65
• 5.1.1 顆粒尺寸對顆粒傳輸特性的影響61-63
• 5.1.2 顆粒尺寸對顆粒沉積特性的影響63-64
• 5.1.3 顆粒尺寸對其潛在危害率的影響64-65
• 5.2 呼吸周期對顆粒相的影響65-71
• 5.2.1 呼吸周期對顆粒傳輸特性的影響65-67
• 5.2.2 呼吸周期對顆粒沉積特性的影響67-71
• 5.3 本章小結71-73
• 6 全文總結與展望73-76
• 6.1 全文總結73-75
• 6.2 工作展望75-76
• 參考文獻76-80
• 碩士期間研究成果及論文發(fā)表情況80

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本文編號：329041