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可吸入颗粒物目前已成为我国大气的主要污染物,严重影响人民身体健康。因此可吸入颗粒物如何被人体吸入,并在呼吸道内运动和沉积的过程引起了研究者的极大关注,特别是近年来纳米颗粒物、吸湿性颗粒物、非球形颗粒物等热点问题的研究。准确掌握可吸入颗粒物在人体呼吸道内运动和沉积的机理有助于认识呼吸系统疾病的本质原因,有利于指导吸入药剂及吸入器研发等医疗实践。本文通过数值模拟和实验研究,从多方面分析了可吸入颗粒物在呼吸道内运动和沉积的机理。本文首先采用CFD-DPM (Computational Fluid Dynamics-Discrete Phase Model)模型模拟了层流条件下可吸入颗粒物在下呼吸道内的运动和沉积过程,对比前人实验结果验证了模型精度。在此基础上构建了受慢性阻塞性肺病影响下的5-8级呼吸道,对比分析了稳态和非稳态吸气条件下的流场分布、颗粒物沉积形式和沉积率。通过CFD-DPM方法构建了球形多组分可吸入颗粒物与蒸气相互作用模型并进行了模型验证。通过模拟多组分吸湿性可吸入颗粒物在理想口喉模型和G3-G6级呼吸道内的运动,分析真实呼吸道湿度和温度条件对多组分可吸入颗粒物吸湿性增长、运动和沉积的影响。理想口喉模型中的模拟着重于对比干燥和湿润呼吸道壁面的影响,G3-G6呼吸道内的模拟重点分析真实温度和湿度分布与常用理想条件(如37。C,RH=99.5%)之间的差异。开展了基于CFD-DEM (Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)方法的球形可吸入颗粒物在G3-G5级呼吸道内的运动和沉积模拟,结果表明该区域内的CFD-DEM模拟的沉积率与实验结果基本一致,与CFD-DPM模拟方法精度相近,首次证明CFD-DEM适用于可吸入颗粒物在人体呼吸道内运动和沉积的研究,同时分析了颗粒物入口位置与最终位置之间的关系。为研究纤丝状可吸入颗粒物在呼吸道内的沉积特性,开展了实验研究。采用3D打印方法制作了基于Weibel呼吸道结构的单分叉呼吸道模型,在不同流量下获得了纤丝状颗粒物的沉积比,提出了显微拍照-图像处理方法分析局部颗粒物沉积特性,在呼吸道研究领域首次定量地得到了纤丝状颗粒物沉积后的方向取向,在无量纲参数沉降因子),(Sedimentation Parameter)0.0228-0.247范围内揭示了纤丝状颗粒物方向角绝对值的平均值|θ|随沉降因子变化的规律,分析了纤丝状颗粒物长度、流量对|θ|的影响,为纤丝状可吸入颗粒物输运和沉积模型验证提供重要依据。构建了G11-G14呼吸道模型,根据CFD-DPM方法在口／鼻吸气流量15-120L/min条件下进行了直径为1-7μm可吸入颗粒物的运动和沉积模拟。沉积比结果验证了实验中通过匹配沉降因子和Stokes数预估颗粒物在下呼吸道内的沉积特性方法的可行性,并证明下呼吸道内颗粒物沉积比存在最小值的预测,同时改进了沉积比随沉降因子和Stokes数变化的拟合公式。