شبيه سازي عددي پخش ذرات اطراف سيستم تنفسي يك مانكن در حالت ايستاده و خوابيده در داخل اتاق

Numerical Simulation of Particle Dispersion around Respiratory System of a Standing and Sleeping Mannequin inside a Room

در اين مقاله تاثير موقعيت مانكن به همراه سيستم تنفسي در اتاق داراي سيستم تهويه بر ميدان جريان و پخش ذرات به صورت عددي بررسي شده است. ميزان جذب و نشست ذرات درون سيستم تنفسي و اتاق از ديدگاه لاگرانژي مورد مطالعه قرار گرفته است. سيستم تنفسي مورد بررسي شامل بيني، حلق فوقاني، حلق تحتاني، حنجره و ناي بوده كه توسط عكس هاي سي تي اسكن توليد و روي مانكني سه بعدي سوار شده است. مانكن درون اتاقي داراي 4 دريچه خروجي و 2 دريچه ورودي در حالت ايستاده و در حالت خوابيده مورد ارزيابي قرار گرفته است. براي شبيه سازي ميدان جريان از نرم افزار انسيس فلوئنت 17/2 و براي مدل سازي آشفتگي از مدل آشفته چهارمعادله اي انتقال تنش برشي گذار استفاده شده است. شبيه سازي ها در 3 مقدار متفاوت دبي تنفسي در حالت دم و براي ذراتي در 4 قطر متفاوت انجام شده اند. نتايج نشان مي دهد كه ميزان نشست ذرات روي سطوح مانكن خوابيده به علت نيروي گرانش بيشتر از مانكن ايستاده است. ميزان ورود ذرات به سيستم تنفسي مانكن كمتر از 0/4% كل ذرات ورودي است. همچنين بيني ذرات بزرگ را جذب مي كند، در حالي كه با كاهش قطر ذرات، ميزان بيشتري از ذرات در قسمت هاي پايين تر سيستم تنفسي رسوب مي كنند.

In this paper, the effect of a mannequin location with an integrated respiratory system in a ventilated room on the flow field and particle dispersion was evaluated, using numerical simulations. Dispersion and deposition of particles inside the respiratory system and inside the room have been investigated, using a Lagrangian approach. The respiratory system contains the nasal airway, nasopharynx, oropharynx, and larynx, trachea, which has been generated from CT scan images and installed on a 3D mannequin model. The evaluation conditions varied as standing and sleeping mannequins form in a room that includes 2 input dampers and 4 output dampers. For simulation of the flow field, the ANSYS FLUENT software- version 17.2 with the 4-equation SST transition turbulence model have been used. Simulations have been performed for 3 different respiration flow rates and 4 different particle diameters. Results indicate higher deposition on the sleeping model rather than standing model due to gravitational effect. The total aspiration of particles inside the respiratory system was less than 0.4%. In addition, the nasal cavity captures large particles, while for small particles, higher deposition occurs in the lower parts of the respiratory tract.