一种呼吸系统内烟气沉降模拟系统技术方案

本发明专利技术涉及一种呼吸系统内烟气沉降模拟系统，属于呼吸系统模拟的系统领域。呼吸系统内烟气沉降模拟系统，包括呼吸道模型、CFD仿真模拟烟气颗粒沉降模块、模型数据输出模块、外界环境参数库模块以及模型数据与环境参数耦合模块。本发明专利技术的呼吸系统内烟气沉降模拟系统能真实反应人体呼吸道中各区域烟气颗粒沉降剂量。预测烟气环境中的人员呼吸道损伤程度等相关指标，为减少人员呼吸系统疾病、心血管疾病提供理论支撑，为开展个体防护装备研制提供科学依据，最终达到保护人民生命安全的目标。

A Simulating System for Flue Gas Settlement in Respiratory System

The invention relates to a smoke settlement simulation system in a respiratory system, belonging to the system field of respiratory system simulation. The simulation system of flue gas deposition in respiratory system includes respiratory tract model, CFD simulation module of flue gas particle deposition, model data output module, external environment parameter database module and model data and environment parameter coupling module. The smoke settling simulation system in the respiratory system of the invention can truly reflect the settling dose of smoke particles in various regions of the human respiratory tract. Predicting the degree of respiratory tract injury and other related indicators in smoke environment can provide theoretical support for reducing respiratory diseases and cardiovascular diseases, provide scientific basis for developing personal protective equipment, and ultimately achieve the goal of protecting people's lives and safety.

【技术实现步骤摘要】
一种呼吸系统内烟气沉降模拟系统
本专利技术涉及呼吸系统模拟系统的
，具体是涉及一种呼吸系统内烟气沉降模拟系统。
技术介绍
室外环境中的颗粒物(PM)以及车间中产生的焊接烟尘附聚物、木屑等污染物会严重损害人体健康。在火灾事故中，火场中产生的烟气颗粒对消防员、紧急救援人员和被困群众的健康存在威胁。烟气颗粒会沉降在呼吸系统内，进而部分会进入体内循环造成人体急性或慢性健康风险，可能引起呼吸系统疾病与心血管疾病。呼吸系统疾病有哮喘、慢性阻塞性肺病(COPD)等，心血管疾病有冠心病等。慢性阻塞性肺病(COPD)包括肺气肿和慢性支气管炎等。附着有毒金属的颗粒物通过鼻腔呼吸、口腔呼吸进入体内，颗粒物中所含的化学成分和附着的有毒金属的形态在评估烟气颗粒对人体健康风险中起关键性作用。由于伦理道德问题，呼吸系统内颗粒沉降的相关研究不能直接进行人体试验。计算流体动力学(CFD)因其具有成本低、速度快等优点而被广泛用于模拟呼吸系统内烟气沉降的研究。相关研究并没有将模拟呼吸系统内烟气沉降研究与真实环境的颗粒浓度分布相关联，因而无法对呼吸系统各个区域于真实环境下的沉积剂量进行分析。专利技术内容为了解决现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种呼吸系统内烟气沉降模拟系统，其特征在于：包括呼吸道模型、CFD仿真模拟烟气颗粒沉降模块、模型数据输出模块、外界环境参数库模块以及模型数据与环境参数耦合模块；所述呼吸道模型用于模拟按生理结构划分区域的真实呼吸道；所述CFD仿真模拟烟气颗粒沉降模块用于计算呼吸道模型内各区域的颗粒沉降分数；所述模型数据输出模块用于输出CFD仿真模拟烟气颗粒沉降模块计算得到的各划分区域的颗粒沉降分数；所述外界环境参数库模块用于提供真实环境的烟气颗粒参数；所述模型数据与环境参数耦合模块用于将模型数据输出模块得到呼吸道模型内各区域的颗粒沉降分数与外界环境参数库模块中的烟气颗粒参数耦合，得到呼吸道模型内各区域的沉降...

【技术特征摘要】
1.一种呼吸系统内烟气沉降模拟系统，其特征在于：包括呼吸道模型、CFD仿真模拟烟气颗粒沉降模块、模型数据输出模块、外界环境参数库模块以及模型数据与环境参数耦合模块；所述呼吸道模型用于模拟按生理结构划分区域的真实呼吸道；所述CFD仿真模拟烟气颗粒沉降模块用于计算呼吸道模型内各区域的颗粒沉降分数；所述模型数据输出模块用于输出CFD仿真模拟烟气颗粒沉降模块计算得到的各划分区域的颗粒沉降分数；所述外界环境参数库模块用于提供真实环境的烟气颗粒参数；所述模型数据与环境参数耦合模块用于将模型数据输出模块得到呼吸道模型内各区域的颗粒沉降分数与外界环境参数库模块中的烟气颗粒参数耦合，得到呼吸道模型内各区域的沉降剂量。2.根据权利要求1所述的呼吸系统内烟气沉降模拟系统，其特征在于：所述呼吸道模型是由真实人体呼吸道的计算机断层扫描图像导入至MIMICS软件中经分层识别构建的；按生理结构划分的区域包括鼻腔、口腔、咽喉、气管支气管4大部分。3.根据权利要求2所述的呼吸系统内烟气沉降模拟系统，其特征在于，所述各划分区域的颗粒沉降分数的计算过程包括：结合真实呼吸道组织内流场分布特点，建立呼吸道模型内流场，调整相关参数进行CFD计算；不考虑颗粒间的相互作用，单个颗粒主要受到拉曳力、Saffman力、布朗力、热泳力四种力的作用，单个颗粒于呼吸道模型内流场中的运动受力如公式(1)；颗粒在呼吸道模型中运动时在离呼吸道模型壁面的距离小于颗粒半径时记为发生沉降，其余未沉积颗粒从呼吸道模型下端离开呼吸道模型，记为进入肺部；统计呼吸道模型内的鼻腔、口腔、咽喉、气管支气管4大划分区域的沉积颗粒数，呼吸道模型内的沉积颗粒数等于4大划分区域的沉积颗粒数的总和，吸入总颗粒数为由鼻腔、口腔进入呼吸道模型内的颗粒数的总和，各划分区域壁面的颗粒沉降分数(DFp)的计算公式如下公式(2)，呼吸道模型的颗粒沉降分数等于4大划分区域的颗粒沉降分数的总和；其中up是颗粒速度，单位是m/s；t为时间，单位是s；Cc是Cunningham修正参数，无量纲；FD是单位质量拉曳力，单位是m/s...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁文国，许笑羽，付明，郑昕，倪顺江，金鑫明，王健，徐畅，
申请(专利权)人：清华大学合肥公共安全研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34