《吸濕性PM顆粒呼吸道運動的CFD-DEM數值模擬與仿生實驗》是依託南京師範大學，由陳曉樂擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：吸濕性PM顆粒呼吸道運動的CFD-DEM數值模擬與仿生實驗
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳曉樂
- 依託單位：南京師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
呼吸系統內吸入劑的高效輸運是醫學實踐對工程熱物理學科提出的重要基礎研究新課題。..目前，以吸濕性可吸入顆粒物為載體，提高吸入劑入肺效率的方法被廣泛看好，但現有吸濕性顆粒物研究在呼吸道模型重構、溫度、濕度環境構建以及模擬方法方面尚不完善。本項目擬通過自編程式實現基於螺旋CT掃描的真實平滑上呼吸道重構；開展呼吸道內氣固兩相流動與邊壁傳熱耦合模擬，正確反映呼吸道溫度、濕度分布；構建吸濕性顆粒物-蒸氣作用模型，模擬顆粒物在呼吸道內吸濕增長；基於CFD-DEM方法，從顆粒尺度模擬顆粒物在上呼吸道內吸濕增長、運動和沉積過程，關注過程中的顆粒-顆粒作用和顆粒-流場-顆粒作用。此外，構建PLC控制下的氣固兩相仿生實驗平台，開展非穩態下的顆粒物沉積實驗以驗證數值模型。..本項目在預期揭示機理的同時，有望形成具有創新性的研究方法，豐富氣固兩相流在交叉前沿領域的套用和發展。
結題摘要
呼吸系統內吸入劑的高效輸運是醫學實踐對工程熱物理學科提出的重要基礎研究新課題。目前，以吸濕性可吸入顆粒物為載體，提高吸入劑入肺效率的方法被廣泛看好，但現有吸濕性顆粒物研究在呼吸道模型重構、溫度、濕度環境構建以及模擬方法方面尚不完善。本項目通過自編程式，完成了基於螺旋CT掃描原始圖像的預處理、輪廓提取、插值和點雲提取以及三維重構，實現了真實平滑上呼吸道重構；開展呼吸道內氣固兩相流動與邊壁傳熱耦合模擬，正確反映呼吸道溫度、濕度分布，發現了呼吸道邊界耦合傳熱傳質對吸濕性顆粒物/液滴的沉積率影響可達10%；成功構建吸濕性顆粒物-蒸氣作用模型，穩態模型驗證誤差約0.2%RH，非穩態模型驗證誤差約2%RH，實現了吸濕性顆粒物/液滴在呼吸道內蒸發、吸濕增長、輸運和沉積的模擬；基於CFD-DEM方法，從顆粒尺度模擬顆粒物在上呼吸道內吸濕增長、運動和沉積過程，發現稀相條件下CFD-DEM方法的沉積率與CFD-DPM方法預測基本一致，濃相下可能受顆粒-流場-顆粒作用，沉積率明顯提高。此外，成功構建PLC控制下的氣固兩相仿生實驗平台，實現了任意前端呼吸道結構匹配和任意吸氣波形生成，開展了呼吸道內的乾顆粒沉積實驗。項目研究為基於吸濕性顆粒物方法的高效吸入藥物以及高效吸入器的研發打下了堅實基礎。
