颗粒在人体气管支气管处沉积规律的数值模拟研究.docVIP

本文由【中文word文档库】 搜集整理。中文word文档库免费提供海量教学资料、行业资料、范文模板、应用文书、考试学习和社会经济等word文档 颗粒在人体气管支气管处沉积规律的数值模拟研究 张颖，赵彬，李先庭* （清华大学 建筑技术科学系，北京 100084） 摘要 悬浮于空气中的颗粒物质通过呼吸过程进入人体，经过鼻腔的过滤和阻挡，仍有大量细小颗粒会进入到气管支气管以至肺部。颗粒在气管处的沉积具有明显的局部聚集特点，根据其沉积区域、沉积数量以及颗粒自身理化特性的不同，对人体健康造成不同程度的影响。根据已有的理论，本文建立了简化的气管支气管模型，借助计算流体动力学CFD（computational fluid dynamics）对其中的空气流动进行数值模拟，并利用颗粒轨道模型统计分析不同直径的球形颗粒的沉积规律。本文着重分析了Re以及Stk这两个无量纲数对于沉降率的决定性作用，同时分析了各种可能的入口条件对于颗粒运动规律的影响。 关键词’s trachea-bronchia region Ying ZHANG, Bin ZHAO, Xianting LI* (Department of Building Science, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: When suspended particles in the indoor air are inhaled into human respiratory system, a large part of fine particles will enter trachea, bronchia, and even lungs, although many coarse ones have been filtered and blocked in nose. The deposition of particles in the trachea-bronchia region seems local-concentrated, which might do harm to people’s health. The degree of such influence depends on the region of deposition as well as the type and amount of deposited particles. According to existing theories, the paper presents a simplified model for human trachea and bronchia, and numerical simulation of air flow in the model has been done by means of CFD (computational fluid dynamics), where particle trajectory model was adopted to simulate the movement of particles. The decisive effects of Re and Stk on deposition rate are analysed, and the influences of entrance conditions are discussed. Keywords: particle; nose; deposition; penetration rate; numerical simulation 空气中一般都含有一定的颗粒物质，其中一部分会进入人体的呼吸道和肺部，根据其沉积区域、沉积数量以及颗粒材料理化特性，不同程度地威胁人体健康[1]。粒径在10微米以下的颗粒物称为PM10，又称可吸入颗粒物或飘尘。PM10在环境空气中持续的时间很长，对人体健康影响很大。这些颗粒被人吸入后，会累积在呼吸系统中，引发许多疾病。对粗颗粒物的暴露可侵害呼吸系统，诱发哮喘病，细颗粒物则可能引发心脏病、肺病、呼吸道疾病，降低肺功能等。因此，对于老人、儿童和已患心肺病者等敏感人群，风险是较大的[2-4]。 在小于10微米的颗粒中，PM2.5（粒径小于2.5微米的颗粒）又称为可入肺颗粒，能够进入人体肺泡甚至血液系统中去，直接导致心血管病等疾病。PM2.5的比表面积较大，通常富集各种重金属元素（如As、Se、Pb、Cr等）和PAHs、PCDD/Fs、VOCs等有机污染物，这些多为致癌物质和基因毒性诱变物质，危害极大。目前已知的PM2.5对于健康的影响包括：增加重病及慢性病患者的死亡率使呼吸系统及心脏系统疾病恶化改变肺功