شبیه سازی عددی جریان هوا در مجاری نای- برونشی انسان

Abstract

شناخت رفتار و الگوی جریان در مجاری تنفسی انسان به علت اینکه اساس شناخت حرکت و نشست ذرات در سیستم تنفسی است و کمک به پیش‌بینی اثر داروهای تنفسی، آلاینده‌ها و بیماری‌هایی از جمله سرطان می‌کند، در دهه‌های اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است. از این رو در این مطالعه اثر دو شرط مرزی: (1) دبی جریان خروجی یکسان در تمامی خروجی‌ها و (2) فشار ایستای برابر با صفر در تمامی خروجی‌ها، و تغییرات دبی ورودی جریان بر روی توزیع دبی جریان، الگوی جریان و نواحی جریان بازگشتی، به صورت پایا در نرخ‌های تنفسی 12 تا 48 لیتر بر دقیقه، برای مدلی سه بعدی، نامتقارن و شامل 4 نسل از مجاری نای-برونشی به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. تخمین توزیع دبی جریان در ریه در مقایسه با توزیع واقعی دبی در حالت استفاده از شرط مرزی 1 به مراتب بهتر از شرط مرزی 2 می‌باشد. با افزایش دبی ورودی، توزیع دبی در حالت استفاده از شرط مرزی 2 تغییر نمی‌کند ولی در استفاده از شرط مرزی 1 دست‌خوش تغییرات می‌شود. الگوی جریان در مقاطع پایینی به علت انحنای مجاری که باعث به‌وجود آمدن جریان دین می‌شود، به مراتب پیچیده‌تر از مقاطع بالایی است به‌خصوص هنگامی که این انحنا در صفحه‌ای غیر مسطح با مجرای قبلی باشد. نواحی جریان بازگشتی در حالت استفاده از شرط مرزی 2 بیشتر از دیگر حالت‌ها است و با افزایش دبی ورودی بر تعداد آن‌ها افزایش می‌یابد.