本文關(guān)鍵詞：可吸入顆粒在肺泡中沉積的數(shù)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(jìn)入人體呼吸道后,有一部分沒(méi)有沉積在呼吸道的傳導(dǎo)氣管上,而是深入到呼吸系統(tǒng)肺泡區(qū)沉積,從而導(dǎo)致諸多疾病,如支氣管炎、肺氣腫、哮喘等。另一方面,越來(lái)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(rèn)識(shí)末端呼吸系統(tǒng)各個(gè)結(jié)構(gòu)中的流場(chǎng)特點(diǎn)以及顆粒氣溶膠的運(yùn)動(dòng)沉積規(guī)律非常重要。本文采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)來(lái)模擬肺泡系統(tǒng)中的流場(chǎng)特性和顆粒的傳輸、沉積特性。連續(xù)相采用直接數(shù)值模擬(DNS)的方法計(jì)算,顆粒采用拉格朗日的方法追蹤。主要研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)部分：第一部分是探究肺泡有節(jié)奏地收縮擴(kuò)張對(duì)肺泡域內(nèi)的流場(chǎng)和顆粒相的影響。結(jié)果表明：肺泡收縮擴(kuò)張使得肺泡管與肺泡內(nèi)的流體更易相互流通。肺泡的收縮擴(kuò)張機(jī)制對(duì)亞微米顆粒產(chǎn)生的作用要遠(yuǎn)大于布朗力,因此亞微米顆粒更加容易地?cái)U(kuò)散進(jìn)入并沉積在彈性肺泡內(nèi)。第二部分是探究肺泡彈性變形量對(duì)肺泡域內(nèi)的流場(chǎng)和顆粒相的影響。結(jié)果表明：肺泡彈性形變量的不同對(duì)肺泡域內(nèi)的流場(chǎng)強(qiáng)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(duì)顆粒的傳輸特性的影響不大,但是對(duì)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(duì)亞微米顆粒(dP≤0.1μm)以及大尺寸微米級(jí)顆粒(dP≥5.0μm)的沉積效率影響顯著,對(duì)其余尺寸顆粒的沉積效率影響不大。具體表現(xiàn)為大彈性形變量會(huì)降低0.1μm顆粒的沉積效率,而小彈性形變量會(huì)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(duì)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(jì)算域內(nèi)的瞬態(tài)分布相對(duì)均勻；而小尺寸微米級(jí)(1.0μm～2.5μm)顆粒主要受流場(chǎng)曳力的作用,因此在計(jì)算域內(nèi)的瞬態(tài)分布隨流場(chǎng)的不同而不同；而大尺寸微米級(jí)顆粒(5.0μm)主要受重力的作用,因此在計(jì)算域內(nèi)偏向重力方向分布。呼吸周期對(duì)中尺寸的顆粒(1.0μm～2.0μm)的瞬態(tài)分布影響較為顯著。因?yàn)楹粑芷谠酱?主流的速度衰減地越慢,主要受流場(chǎng)曳力影響的中尺寸微米級(jí)顆粒所受影響自然最為顯著。而呼吸周期對(duì)多尺寸顆粒的沉積分布特性并沒(méi)有顯著的影響。
【關(guān)鍵詞】：彈性肺泡 彈性變形量 動(dòng)網(wǎng)格 直接數(shù)值模擬 可吸入顆粒
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀13-21
• 1.3 現(xiàn)有研究存在的不足與局限性21
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)21-23
• 2 數(shù)理模型和數(shù)值方法23-36
• 2.1 肺泡區(qū)域氣相流動(dòng)連續(xù)介質(zhì)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(shù)值方法27-32
• 2.3.1 直接數(shù)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(shù)值驗(yàn)證32-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 3 肺泡的收縮擴(kuò)張效應(yīng)對(duì)顆粒沉積特性的影響36-50
• 3.1 物理模型36-38
• 3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)38-39
• 3.3 肺泡的收縮擴(kuò)張效應(yīng)對(duì)流場(chǎng)的影響39-43
• 3.4 肺泡的收縮擴(kuò)張效應(yīng)對(duì)顆粒相的影響43-46
• 3.5 剛性肺泡及彈性肺泡域內(nèi)顆粒沉積的量化分析46-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 4 肺泡的彈性形變量對(duì)顆粒沉積特性的影響50-61
• 4.1 彈性形變量對(duì)流場(chǎng)影響的可視化結(jié)果50-54
• 4.2 肺泡彈性形變量對(duì)顆粒相影響的可視化結(jié)果54-56
• 4.2.1 肺泡彈性形變量對(duì)顆粒傳輸特性的影響54-55
• 4.2.2 肺泡彈性形變量對(duì)顆粒沉積特性的影響55-56
• 4.3 肺泡彈性變形量對(duì)顆粒沉積影響的統(tǒng)計(jì)結(jié)果56-59
• 4.4 本章小結(jié)59-61
• 5 顆粒尺寸、呼吸周期等因素對(duì)顆粒沉積特性的影響61-73
• 5.1 顆粒尺寸對(duì)顆粒相的影響61-65
• 5.1.1 顆粒尺寸對(duì)顆粒傳輸特性的影響61-63
• 5.1.2 顆粒尺寸對(duì)顆粒沉積特性的影響63-64
• 5.1.3 顆粒尺寸對(duì)其潛在危害率的影響64-65
• 5.2 呼吸周期對(duì)顆粒相的影響65-71
• 5.2.1 呼吸周期對(duì)顆粒傳輸特性的影響65-67
• 5.2.2 呼吸周期對(duì)顆粒沉積特性的影響67-71
• 5.3 本章小結(jié)71-73
• 6 全文總結(jié)與展望73-76
• 6.1 全文總結(jié)73-75
• 6.2 工作展望75-76
• 參考文獻(xiàn)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(hào)：329041