人体呼吸道内可吸入颗粒物的气固两相流数值模拟与仿生实验

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1、雜■＂－ｕ：ｖ－Ｉ博±学位论文人体呼吸道内可吸入颗粒物的气固两相流数值模拟与仿生实验研究生姓名：陈晓乐导师姓名：钟义琪教授串请学仿类别工学巧±学位授予单位东南大学一２０级学科名称动力工程及工捏热物理论文答辩日期１５年１１月１８日二级举科名称热能工程学位授予日期年月日、答縣蚕员会主席樊建人评阅人為麵年月曰＾Ｉｒｆ—；Ｔ，乘兩扛ｆ博：ｔ学位论文人体呼吸道内可吸入颗粒物的气固两相流数值模拟与仿生实验专业名称：

2、热能工程研究生姓名：陈晓乐导师巧名：钟义琪本论文获国家自然科学基金（５１１７６０３５）、全国优秀博±学位论文作者专项资金资助项目（２０１０４０）、江苏省高等学校研究生创新计划资助项目（ＣＸＺＺ１２００９９）、国家建设髙水平大学公派研巧生项目联＿合培养博壬研巧生项目（２０。０６０９００８５）和东南大学优秀博壬论文基金项目（ＹＢＪＪ１２０９）资助ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＢｉｏｍｉｍｅｔｉｃＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎＧａ－ｓＳｏｌｉｄＴｗｏＰｈａ

3、ｓｅＦｌｏｗｏｆ化ｈａｌａｂｌｅＰａｒｔｉｃｌｅｉｎＨｕｍａｎＡｉｒｗａｙＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｏｒ化ｅＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅｏｆＤｏｃｔｏｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢＹ－ＣＨＥＮＸｉａｏｌｅＳｕｅｒｖｉｓｅｄｂｐｙＰｒｏｆ－．ＺｈｏｎｇＷｅｎｉｑＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｇｙＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉ

4、ｔｙＳｅｔ．２０１５ｐ独创性声明／使用授权声明东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研巧工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研巧成果，也不包含为获得东南大学或其它教育化构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均己在论文中作了明满的说明并表示了谢意。－．研巧生签名么日期：＞ｉｒｕｙｆ）：韦东南大学学位论文使用授权声明

5、东南大学、中国科学技术信息研巧所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可Ｗ采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的巧一容和纸质论文的内容相致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可＾＾（公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学研巧生院办理。研究生答名导师緣名八．心：日期：中文摘要中文摘要可吸入颗粒物目前己成为我国大气的主要污染物，严重影响人民身体健康。因此可吸入颗粒物如何被人体吸入

6、，并在呼吸道内运动和沉积的过程引起了研究者的极大关注，特别是近年来纳米颗粒物、吸湿性颗粒物、非球形颗粒物等热点问题的研究。准确掌握可吸入颗粒物在人体呼吸道内运动和沉积的机理有助于认识呼吸系统疾病的本质原因，有利于指导吸入巧剂及吸入器研发等医疗实践。本文通过数值模拟和实验研究，从多方面分析了可吸入颖粒物在呼吸道内运动和沉积的机理。－ＤＰＭ－本文首先采用ＣＦＤ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓＤｉｓｃｒｅｔｅＰｈａｓｅＭｏｄｅｌ）模型模拟了层流，对

7、比前人实验结果验证Ｔ模型精度条件下可吸入颗粒物在下呼吸道内的运动和沉积过程。在此基拙上构建了受慢性阻塞性肺病影响下的５－８，对比分析了稳态和非稳态吸气条件下的流场分布级呼吸道、颗粒物沉积形式和沉积率。通过ＣＦＤ－ＤＰＭ方法构建了球形多组分可吸入颗粒物与蒸气相互作用模型并进行了模型验证。通３－Ｇ６级呼吸道肉的运动过模拟多姐分吸湿性可吸入颗粒物在理想口喉模型和Ｇ，分析真实呼吸道湿度和温度条件对多组分可吸入颗粒物吸湿性增长、运动和沉积的影响。理想口喉模型中的模拟着重于－对比干燥和湿

8、润呼吸道壁面的影响，Ｇ３Ｇ６呼吸道内的模拟重点分析真实温度和湿度分布与常用理想°＝（３７ＣＲＨ９９）之间的差异。条件如．５％，－Ｄ－ＤＥＭ（ＣｕｎａＦｌｕＤｎａｍｉｃＤｓｃｒｅｅ开展了基于ＣＦｏｍｔａｔｉｏｌｉｄｙｓｉｔＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ）方法的球形可ｐ３－Ｇ５ＦＤ－ＤＥＭ吸入颗粒物在Ｇ级呼吸道内的运动和沉积模拟，结果表明该区域内的Ｃ模拟的沉积率一ＣＦＤ－ＤＰＭＦＤ－ＤＥＭ与实验结果基本致，与模拟方法精度相近，首次证明Ｃ适用