定常および動的な流れの下での鼻腔内の粒子沈着の計算モデル

ヒトの鼻腔の3次元表現における流れと粒子沈着の計算モデルが開発されています。吸入中の定常状態と動的気流のシミュレーションは、9〜60 L/minの流量で実行されます。サイズ0.5〜20μmの粒子の堆積が決定され、堆積効率の観点から文献の実験的およびシミュレーション結果と比較されます。鼻モデルは、定常状態の流れの下での粒子堆積の文献からの実験的およびシミュレーション結果と比較して検証されます。鼻腔内の堆積粒子の分布は、軸堆積分布と二変量軸堆積と粒子サイズ分布の観点から提示されます。吸入サイクル中の動的気流と粒子沈着のシミュレーションは、異なる鼻腔出口圧力変動と異なる粒子注入に対して行われます。動的な流れの下での総粒子沈着効率は、粒子注入のタイプと同様に、気流のダイナミクスに強く依存することがわかります。

A computational model for flow and particle deposition in a three-dimensional representation of the human nasal cavity is developed. Simulations of steady state and dynamic airflow during inhalation are performed at flow rates of 9-60 l/min. Depositions for particles of size 0.5-20 μm are determined and compared with experimental and simulation results from the literature in terms of deposition efficiencies. The nasal model is validated by comparison with experimental and simulation results from the literature for particle deposition under steady-state flow. The distribution of deposited particles in the nasal cavity is presented in terms of an axial deposition distribution as well as a bivariate axial deposition and particle size distribution. Simulations of dynamic airflow and particle deposition during an inhalation cycle are performed for different nasal cavity outlet pressure variations and different particle injections. The total particle deposition efficiency under dynamic flow is found to depend strongly on the dynamics of airflow as well as the type of particle injection.