短期呼吸条件下大气颗粒物在人体肺部混凝过程的数值模拟
随着人类活动对自然环境影响的不断扩大,环境污染问题日益加剧,其中大气污染最为严峻。流行病学研究表明,大气中可吸入颗粒物浓度的增加导致多种疾病的发病率及死亡率上升。在人体呼吸过程中颗粒物会经鼻道或口腔进入呼吸系统,其中粒径较小的颗粒物会进入肺部并在不同位置发生沉积,进而引发不同类型的疾病。因此,研究大气颗粒物的粒径和沉积位置成为了解释大气颗粒物健康影响的关键。<br>  鉴于以上现象的研究多从颗粒物在肺部的传输角度出发,本文则基于混凝动力学理论讨论在短期呼吸条件下大气颗粒物进入人体肺部之后的演化过程,主要研究三个问题...
随着人类活动对自然环境影响的不断扩大,环境污染问题日益加剧,其中大气污染最为严峻。流行病学研究表明,大气中可吸入颗粒物浓度的增加导致多种疾病的发病率及死亡率上升。在人体呼吸过程中颗粒物会经鼻道或口腔进入呼吸系统,其中粒径较小的颗粒物会进入肺部并在不同位置发生沉积,进而引发不同类型的疾病。因此,研究大气颗粒物的粒径和沉积位置成为了解释大气颗粒物健康影响的关键。
  鉴于以上现象的研究多从颗粒物在肺部的传输角度出发,本文则基于混凝动力学理论讨论在短期呼吸条件下大气颗粒物进入人体肺部之后的演化过程,主要研究三个问题:(1)混凝动力学模型对于研究颗粒物在人体肺部演化问题的可行性;(2)颗粒物进入人体肺部之后的演化规律;(3)颗粒物在人体肺部沉积的影响因素。研究过程中,本文基于Fuchs的过渡区混凝理论以及拉格朗日、欧拉混凝沉积模型建立粒子碰撞频率函数,结合Hounslow混凝动力学模型以及MATLAB软件辅助计算,从而模拟粒子在Weibel肺部空间的演化过程。
  研究结果表明,Hounslow混凝动力学模型适用于颗粒物在人体肺部演化问题的研究。颗粒物进入人体肺部之后的演化存在以下规律:(1)短期呼吸条件下颗粒物发生混凝粒径长大;(2)颗粒物在支气管每一层级都会混凝长大到一个稳态,且每一层级稳定状态下的粒径都高于上一层级;(3)从非稳态到稳态所耗费的时间随支气管层级的增加而减小。此外,颗粒物在人体肺部的沉积受粒子初始粒径、人体呼吸量以及沉积位置的影响,具体体现在:加大初始粒径以及呼吸量会促进颗粒物在人体肺部的沉积,沉积位置越深沉积分数越小。
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作者: 戴文佳
学科专业: 环境科学与工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 北京交通大学
导师姓名: 赵宗升
学位年度: 2018
语 种: chi
分类号: X513 X503.1
在线出版日期: 2019年1月8日