孙 栋 李福生 徐新喜 赵秀国 谭树林

（军事医学科学院卫生装备研究所 国家生物防护装备工程技术研究中心，天津 300161）

引言

上呼吸道是呼吸系统的重要组成部分，是人体与外界环境进行气体交换的主要通道。随着科学技术的迅猛发展以及大气环境的不断恶化，这条与外界物质交换最为频繁的通道越来越多地引起人们的关注。近年来，国内外许多学者从生物流体力学的角度对其进行了大量研究。徐新喜等对循环呼吸模式下人体口喉模型内气流组织特性进行了数值仿真和实验研究［1］；Wang等对上呼吸道内的呼吸气流组织形式进行了数值分析［2］，Nithiarasu等利用无结构网格对上呼吸道中的层流和湍流计算进行了数值模拟［3］，赵秀国等对包括前3级支气管在内的人体上呼吸道模型内的气流运动特性及气溶胶沉积进行了PIV实验研究［4－5］。目前的研究大多假定呼吸道壁面为刚性壁面，而实际上呼吸道内的真实呼吸流是典型的流体-结构交互作用下的流动，这一流固耦合过程对呼吸道内的气流组织形式、气溶胶扩散沉积以及壁面剪切应力的分布有着重要的影响。

流固耦合力学模型的发展和成熟，为研究人体上呼吸道内的气流运动提供了一种崭新的思路。利用流固耦合力学模型，能较好地分析气流和呼吸道壁面的相互耦合作用，避免以往单纯假设呼吸道壁面为刚性壁面，从而使理论数值模拟分析与实际呼吸道内的流动情况更为接近，拓展了人们对呼吸道内气流运动的研究思路和研究方法。……