[发明专利]一种预测大气颗粒物在人体肺部沉积的方法

权利要求书

1.一种预测大气颗粒物在人体肺部沉积的方法，其特征在于，通过运用Weibel A对称模型作为肺的基本生理结构，运用sin函数模拟人体呼吸过程的进气速度条件，建立考虑到包含大气颗粒物的速度、入射角、黏度、形状、含水量、质量、表面性质以及接触面的表面性质在内八个变量的大气颗粒沉积判断模型，其中表面性质决定所测颗粒物的杨氏模量，接触面的表面性质决定管壁的杨氏模量，两者共同决定黏附系数；然后运用软件ANSYSFluent的UDF功能来实现所述模型以实现模拟大气颗粒物碰撞气管管壁后的行为，接着使用ANSYS Fluent的样本采集功能，运用统计学的方法，得出大气颗粒物在人体肺部模型中的沉积量、沉积率以及沉积位置，最后进行结果验证；

包括以下具体步骤：

S1、依据Weibel A对称模型作为肺的几何结构，建立人体肺部的三维几何模型，输出人体肺部的三维模型文件；

S2、将S1绘制完成的三维模型导入到ANSYS ICEM软件中，划分网格，设置边界属性；

S3、将S2绘制完成的网格导入到ANSYS Fluent中，调整网格单位长度并检查网格质量；

S4、选择求解器类型，开启求解模型，开始重力影响；

S5、设置进出口边界条件：进口为速度进口，出口为压力出口；

S6、进口设置使用第一UDF函数，出口设置为一个压力常数；

S7、设置颗粒相注射器injection的参数，设置气相参数；

S8、离散相边界类型设置：进口和出口设置为escape；

S9、将包含有参数E_S、E_P、v_S、v_P的第二UDF函数插入到离散相模型；E_S和E_P分别为大气颗粒物和管壁表面的杨氏模量；v_S和v_P分别为大气颗粒物和管壁表面的泊松比；

S10、设置求解器参数；

S11、打开样本收集器，收集壁面、出气口和进气口的样本；

S12、开始求解，当计算收敛后，结束样本收集；

S13、使用ANSYS Fluent软件输出结果，得出大气颗粒物在人体呼吸过程中的沉积量N_P、沉积率σ以及沉积位置；

S14、进行进气量的校核，使用ANSYS Fluent自带的report功能得出，计算出出气口与进气口流量的差值，如果两者差值过大，则需要重做模型网格；对比进气口的流量与对第一UDF函数进行积分后的计算值，如果两者差值过大，则需要对进气口网格进行调整；

S15、对比实验结果与计算结果；

S16、如果计算结果与实验结果不相符，则需要根据实验测得的生理学参数，修改第一UDF函数的参数值；根据计算结果与实验结果的比较，则修正第二UDF函数中参数E_S、E_P、v_S、v_P的参数值，并返回步骤S9；如果计算结果与实验结果相符，则得到预测函数；

S17、通过对不同类型污染进行第二UDF函数中参数E_S、E_P、v_S、v_P的拟合，找出相应E_S、E_P、v_S、v_P的参数值，从而找出不同污染物的沉积规律。

2.根据权利要求1所述的一种预测大气颗粒物在人体肺部沉积的方法，其特征在于，所述步骤S4中，选择求解器类型为Pressure-Based，时间类型为非稳态；开启的模型为：Realizable-k-epsilon Model、单耦合DPM模型。

3.根据权利要求1所述的一种预测大气颗粒物在人体肺部沉积的方法，其特征在于，所述步骤S6中，第一UDF函数的建立方式为：根据离散相颗粒与肺部气管的碰撞物理过程，建立颗粒碰撞到管壁时候的速度自定义函数。