بررسی الگوی جریان هوا و جذب ذرات در بخش درختی دستگاه تنفسی انسان

نحوه حرکت و الگوی جذب مایکروذرات در محدوده ی استوکس، 102/0>stk trachea>025/0 ، در یک مدل سه بعدی واقعی از مجاری هوایی دستگاه تنفسی انسان از نای تا شاخه های سگمنتی مورد بررسی قرار گرفته است. دبی جریان تنفسی 30 lil/min و 60lit/min که به ترتیب مربوط به حالت فعالیت سبک و شدید انسان بوده، در این مطالعه در نظر گرفته شده است. به منظور ردیابی ذرات در جریان هوای تنفسی از دیدگاه لاگرانژی و تعامل یکطرفه با فاز سیال استفاده شده است که ما را قادر به ردیابی ذرات پس از حل جریان در هندسه مورد نظر می سازد. جریان بصورت آرام، سه بعدی و دایمی فرض شده و ردیابی ذرات با در نظر گرفتن نیروهای درگ، ثقل، سافمن و براونی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه سرعت بالای جریان هوا و همچنین نامتقارن بودن شدید مجاری هوایی مورد بررسی، مکانیزم موثر در جذب ذرات، مکانیزم برخورد است. بنابراین عدد استوکس که بیانگر کارامدی مکانیزم برخورد بوده عامل مهمی در تعیین میزان جذب ذرات در مجاری تنفسی مورد بررسی می باشد. نتایج حاصله نشان می دهد که با افزایش عدد است.مس راندمان جذب افزایش می یابد. نیروهای ثقل و سافمن تنها در اعداد استوکس بالا تاثیر گذرا بوده و نیروی براونی به دلیل سرعت بالای جریان هوا در مجاری بالایی تأثیری بر جذب ذرات ندارد. راندمان جذب ذرات به ازای پروفیل سرعت واقعی که از مدل سازی جریان هوا از حفره دهانی تا نای توسط کلنستریوثر و ژانگ بدست آمده، 50% درصد کمتر از پروفیل سرعت پارابولیک است. همچنین چرخش جریان در ورودی نای باعث کاهش راندمان جذب ذرات شده و این اثرگذاری با افزایش عدد استوکس افزایش می یابد. نتایج نشان می دهد که راندمان جذب ذرات در مدل های ارایه شده توسط وایبل بیشتر از مدل واقعی تر ارایه شده توسط هورسفیلدو همکاران است. همچنین بیشترین میزان ذرات ورودی در نای، وارد لوب های تحتانی ریه می شوند.