可吸入颗粒物已经成为工业建筑等高污染环境中的主要污染物,严重危害人体健康。因此,调查高污染环境颗粒物特性并研究颗粒物在人体呼吸道的吸入和沉积规律至关重要。本文采用现场测量、模型实验和数值模拟等方法,研究了工厂车间环境状况和颗粒物在呼吸道吸入、沉积水平,并分析了呼吸行为和颗粒性质对颗粒物呼吸道吸入和沉积规律的影响。首先,现场测量了工厂车间颗粒浓度、粒径分布、金属成分等数据,发现机械加工车间颗粒物以1μm以下小颗粒为主,颗粒浓度在190-220μg/m~3之间;铸造车间受工艺影响,颗粒物浓度高且随时间波动大,几分钟内浓度变化可达2倍以上。车间颗粒物中金属元素浓度均高于普通大气环境。其次,构建包含面部和肺腔的呼吸道模型并测量工厂车间颗粒物吸入和沉积水平,得到了颗粒物总沉积分数;构建可拆卸-焊接呼吸道模型并进行荧光颗粒示踪实验,得到颗粒沉积可视化分布和定量结果,结果显示沉积占比随气流方向先下降再增加,颗粒在整个呼吸道的沉积呈现“V”形分布。接着,构建了室内-人体-呼吸道耦合模型,考虑了室内气流组织和人体热羽流对颗粒物在人体呼吸道吸入和沉积的影响,使用udf和动网格技术实现了呼吸道周期性收缩扩张变化和呼吸过程。最后,利用数值模拟方法分别分析了不同呼吸行为和不同颗粒性质时,呼吸道内流场分布、颗粒吸入比、重复吸入比、可视化沉积分布,以及颗粒物在呼吸道不同位置的沉积分数和左右肺沉积占比。模拟结果显示呼吸道内流动紊乱,流场分布会影响颗粒物在呼吸道内的吸入和沉积。与鼻腔呼吸相比,口腔呼吸的颗粒吸入比和重复吸入比更高,总沉积分数更低,进入并沉积在下呼吸道的颗粒数量更多。呼吸流量越大,颗粒吸入比和重复吸入比越低,颗粒物总沉积分数越高且下呼吸道沉积分数越低。粒径越小,颗粒总沉积分数越低,随着粒径增加,沉积位置逐渐从下呼吸道向上呼吸道移动。高密度颗粒受重力和惯性力影响更显著,易沉积到口喉区域;低密度颗粒则更轻,更易跟随气流进入呼吸道深处。