肺泡内空气流场模拟方法技术

一种肺泡内空气流场模拟方法，包括：根据肺泡的几何数据对肺泡进行网格建模，建立肺泡动网格模型，设置肺泡动网格模型初始化的空气流场压强和质量通量；根据设置的初始量求解空气流场的动量模型，并根据所述动量模型确定空气流场的第一速度；根据空气流场的连续方程获得修正模型，并校验获得压强修正值、速度修正值和质量通量修正值；根据预设的收敛条件，判断是否满足收敛条件，若是，则获得空气流场模拟的结果；若否，则将所述压强修正值、质量通量修正值替换初始化的空气流场压强和质量通量，重新计算压强修正值、速度修正值和质量通量修正值，直至满足收敛条件。本发明专利技术方案提高了空气流场模拟的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及肺泡模拟检测
，特别是涉及一种。
技术介绍
人体呼吸的主要功能是为身体的各个组织提供氧气和排除二氧化碳废气，人体 的呼吸过程可以分为两个阶段：由外界环境向血液输送气体；气体经由血液进入到各个组 织。随着社会、经济的不断进步，人类对生活环境的质量要求不断提高，对生存环境的保护 意识逐渐增强。工业生产和环境恶化所带来的颗粒物污染已经成为评价生活质量和大气质 量的一个重要指标之一。大气气溶胶颗粒物污染中，其中的部分微小的气溶胶颗粒，尤其是 可吸入颗粒对人类的健康的影响更是深远，在进入人体呼吸道后，没有沉积在呼吸道的传 导气管上，而是深入到人体呼吸道终末处的气体交换区沉积，很多研究表明这些颗粒对人 体健康的危害最大。研究指出，人类许多疾病都和吸入颗粒物污染有着直接或间接的联系。 因此，研究可吸入颗粒物在呼吸道中的运动特性，对于帮助了解可吸入颗粒的致病机理以 及气溶胶治疗有着非常重要的意义，对于保护人类的健康，保护环境，提高生活质量具有积 极意义。 传统技术中采用数值模拟的方式对肺泡内的空气流场先进行模拟，然后基于数值 模拟获得颗粒物的运动特性。目前是通过建立简化的气管支气管模型，借助计算流体动力 学对其中的空气流动进行模拟，这种模拟方式获得的模拟数值与实际情况相差较大。
技术实现思路
基于此，有必要针对模拟准确率低的问题，提供一种。 -种，包括： 根据肺泡的几何数据对肺泡进行网格建模，建立肺泡动网格模型，设置肺泡动网 格模型初始化的空气流场压强和质量通量； 根据所述初始化的空气流场压强和质量通量求解空气流场的动量模型，并根据所 述动量模型确定空气流场的第一速度； 根据空气流场的连续方程获得修正模型，将所述第一速度、初始化的空气流场压 强和质量通量代入修正模型进行修正，获得压强修正值、速度修正值和质量通量修正值； 根据预设的收敛条件，判断所述压强修正值、速度修正值和质量通量修正值是否 满足收敛条件，若是，根据压强修正值和质量通量修正值求解空气流场的动量模型，得到空 气流场的第二速度，将压强修正值、第二速度和质量通量修正值设为空气流场模拟的结果； 若否，则将所述压强修正值、质量通量修正值替换初始化的空气流场压强和质量通量，重新 计算压强修正值、速度修正值和质量通量修正值，直至满足收敛条件。 上述，通过根据实际的肺泡几何数据对肺泡进行网格建 模，大大提高了模型与人体肺泡的相似度。通过初始化的空气流场压强和质量通量求解空 气流场的动量模型获得空气流场的第一速度，然后根据修正模型进行修正，获得压强修正 值、速度修正值和质量通量修正值，以便满足连续方程。通过预设的收敛条件判断是否收 敛，从而可以得到模拟的空气流场速度。提高了空气流场模拟的准确性和获取空气流场速 度的准确性，进而提高获取肺泡内颗粒运动轨迹的准确性，从而可以根据运动轨迹制备药 性很好的气溶胶。 【附图说明】 图1为本专利技术实施例的流程示意图； 图2为本专利技术实施例中肺泡动网格模型的正面示意图； 图3为本专利技术实施例中肺泡动网格模型的状态示意图； 图4为本专利技术实施例中呼吸过程中非稳态时气流流量示意图； 图5为本专利技术实施例中肺泡囊的二维几何模型； 图6为本专利技术实施例中稳态气流速度等值线YZ横截面示意图； 图7为本专利技术实施例中稳态气流速度等值线XZ截面示意图； 图8为本专利技术实施例中稳态气流速度等值线XY截面示意图； 图9为本专利技术实施例中稳态气流速度等值线XZ-XY截面示意图； 图10为本专利技术实施例中稳态气流速度等值线χ-γ-ζ三截面示意图； 图11为本专利技术实施例中1/10T时刻肺泡壁面静止情况下第一级气管上肺泡内部 的流线图； 图12为本专利技术实施例中1/10T时刻肺泡壁面扩张收缩运动情况下第一级气管上 肺泡内部的流线图； 图13为本专利技术实施例中1/5T时刻肺泡壁面静止情况下第一级气管上肺泡内部的 流线图； 图14为本专利技术实施例中1/5T时刻肺泡壁面扩张收缩运动情况下第一级气管上肺 泡内部的流线图； 图15为本专利技术实施例中3/10T时刻肺泡壁面静止情况下第一级气管上肺泡内部 的流线图； 图16为本专利技术实施例中3/10T时刻肺泡壁面扩张收缩运动情况下第一级气管上 肺泡内部的流线图； 图17为本专利技术实施例中2/5T时刻肺泡壁面静止情况下第一级气管上肺泡内部的 流线图； 图18为本专利技术实施例中2/5T时刻肺泡壁面扩张收缩运动情况下第一级气管上肺 泡内部的流线图； 图19为本专利技术实施例中在吸气的峰值时刻第一级上肺泡内部的流线图； 图20为本专利技术实施例中在吸气的峰值时刻第三级上肺泡内部的流线图； 图21为本专利技术实施例中在吸气的峰值时刻第五级上肺泡内部的流线图； 图22为本专利技术实施例中在吸气的峰值时刻第七级上肺泡内部的流线图； 图23为本专利技术实施例中在呼气的峰值时刻第一级上肺泡内部的流线图； 图24为本专利技术实施例中在呼气的峰值时刻第三级上肺泡内部的流线图； 图25为本专利技术实施例中在呼气的峰值时刻第五级上肺泡内部的流线图； 图26为本专利技术实施例中在呼气的峰值时刻第七级上肺泡内部的流线图； 图27为本专利技术实施例中呼吸强度为10L/min时第七级的肺泡在吸气阶段1/10T 时刻肺泡内部的流线图； 图28为本专利技术实施例中呼吸强度为20L/min时第七级的肺泡在吸气阶段1/10T 时刻肺泡内部的流线图； 图29为本专利技术实施例中呼吸强度为10L/min时第七级的肺泡在吸气阶段1/5T时 刻肺泡内部的流线图； 图30为本专利技术实施例中呼吸强度为20L/min时第七级的肺泡在吸气阶段1/5T时 刻肺泡内部的流线图； 图31为本专利技术实施例中呼吸强度为10L/min时第七级的肺泡在吸气阶段3/10T 时刻肺泡内部的流线图； 图32为本专利技术实施例中呼吸强度为20L/min时第七级的肺泡在吸气阶段3/10T 时刻肺泡内部的流线图； 图33为本专利技术实施例中呼吸强度为10L/min时第七级的肺泡在吸气阶段2/5T时 刻肺泡内部的流线图； 图34为本专利技术实施例中呼吸强度为20L/min时第七级的肺泡在吸气阶段2/5T时 刻肺泡内部的流线图。 【具体实施方式】 下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的实施方式不限于 此。 如图1所示，为本专利技术实施例的流程示意图，包括步骤： 步骤S101 :根据肺泡的几何数据对肺泡进行网格建模，建立肺泡动网格模型，设 置肺泡动网格模型初始化的空气流场压强和质量通量； 肺泡的几何数据可以是指某一节肺泡的几何数据。所述几何数据可以包括：管长 参数，内腔直径，肺泡直径，两肺泡间的中心距离，肺泡开口角，呼吸参数。比如，可以是第18 节肺泡。几何数据可以包括：管长为740 μ m，内腔直径为320 μ m，肺泡直径为320 μ m，两肺 泡间的中心距离为340 μ m,肺泡开口角为120° ,呼吸参数为0. 283。 本实施例还采用动网格模型模拟肺泡，提高模拟的真实性和相关性。 步骤S102 :根据所述初始化的空气流场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种肺泡内空气流场模拟方法，其特征在于，包括：根据肺泡的几何数据对肺泡进行网格建模，建立肺泡动网格模型，设置肺泡动网格模型初始化的空气流场压强和质量通量；根据所述初始化的空气流场压强和质量通量求解空气流场的动量模型，并根据所述动量模型确定空气流场的第一速度；根据空气流场的连续方程获得修正模型，将所述第一速度、初始化的空气流场压强和质量通量代入修正模型进行修正，获得压强修正值、速度修正值和质量通量修正值；根据预设的收敛条件，判断所述压强修正值、速度修正值和质量通量修正值是否满足收敛条件，若是，根据压强修正值和质量通量修正值求解空气流场的动量模型，得到空气流场的第二速度，将压强修正值、第二速度和质量通量修正值设为空气流场模拟的结果；若否，则将所述压强修正值、质量通量修正值替换初始化的空气流场压强和质量通量，重新计算压强修正值、速度修正值和质量通量修正值，直至满足收敛条件。

【技术特征摘要】
1. 一种肺泡内空气流场模拟方法，其特征在于，包括： 根据肺泡的几何数据对肺泡进行网格建模，建立肺泡动网格模型，设置肺泡动网格模 型初始化的空气流场压强和质量通量； 根据所述初始化的空气流场压强和质量通量求解空气流场的动量模型，并根据所述动 量模型确定空气流场的第一速度； 根据空气流场的连续方程获得修正模型，将所述第一速度、初始化的空气流场压强和 质量通量代入修正模型进行修正，获得压强修正值、速度修正值和质量通量修正值； 根据预设的收敛条件，判断所述压强修正值、速度修正值和质量通量修正值是否满足 收敛条件，若是，根据压强修正值和质量通量修正值求解空气流场的动量模型，得到空气流 场的第二速度，将压强修正值、第二速度和质量通量修正值设为空气流场模拟的结果；若 否，则将所述压强修正值、质量通量修正值替换初始化的空气流场压强和质量通量，重新计 算压强修正值、速度修正值和质量通量修正值，直至满足收敛条件。2. 根据权利要求1所述的肺泡内空气流场模拟方法，其特征在于，所述几何数据包括： 管长参数，内腔直径，肺泡直径，两肺泡间的中心距离，肺泡开口角，呼吸参数。3. 根据权利要求1所述的肺泡内空气流场模拟方法，其特征在于，建立肺泡动网格模 型时，还包括对动网格模型进行更新，包括： 根据肺泡的几何数据对肺泡进行网格建模后，检测相邻边界网格的高度与预设优化高 度值的差值，当差值大于第一设定值时，在该相邻边界网格和边界层之间增加一层网格，当 差值小于第二设定值时，删除该相邻边界网格，其中，所述相邻边界网格为与边界层相邻的 一层网格。4. 根据权利要求1所述的肺泡内空气流场模拟方法，其特征在于，所述肺泡动网格模 型中网格包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德波，徐齐胜，刘亚明，
申请(专利权)人：广东电网公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44