人体呼吸系统结构复杂,主要由鼻、咽、喉、气管、支气管和肺组成,具有吸入氧气、加热加湿、排出废气、拦截颗粒等重要作用。呼吸道疾病包括上下呼吸道的急慢性炎症,主要传播途径有空气传播和飞沫传播。病源呼出的带有病原体的飞沫在易感者的呼吸系统内的沉积位置越深,停留时间越长,危害越大。因此模拟室内环境和呼吸系统内的气流分布和人体呼出飞沫的运动和沉积情况,从而评估呼吸系统疾病的传染风险、为呼吸系统疾病的诊断和治疗提供参考具有重要意义。本文主要采用CFD(computational fluid dynamics,计算流体力学)模拟方法进行研究。首先,基于真实扫描的健康成年人体和呼吸系统模型,利用Gambit软件建立了房间、人体和呼吸系统的几何模型及网格,将呼吸系统与室内环境相结合。其次,利用Fluent软件对站立的病源呼出飞沫的蒸发和运动过程进行模拟,并探究了不同通风系统、室内相对湿度(relative humidity,RH)和人体热羽流对飞沫蒸发和运动的影响。模拟结果表明,在各相对湿度下,小于80μm的飞沫均在18 s内完成蒸发;大于160μm的飞沫均在7 s内落地沉积,相对湿度和通风形式的变化对落地沉积时间的影响较小;对于中等粒径(90-150μm)的飞沫,置换通风对飞沫蒸发具有阻碍作用,等效于更高的相对湿度,当RH增加到某一阈值后,飞沫由完全蒸发早于落地沉积逐渐转变为落地沉积早于完全蒸发。最后,研究了易感者吸入污染物的过程。采用稳态和非稳态的模拟方法,研究了不同室内通风形式、病源呼气速度、易感者呼吸位置和易感者呼吸速度条件下,室内和易感者呼吸系统内气流分布、污染物浓度分布和飞沫沉积情况。模拟结果表明,当病源咳嗽时,气流可以直接冲击易感者的呼吸区,使易感者头顶的热羽流发生偏移,易感者吸入的污染物浓度也明显升高,置换通风时易感者的吸入浓度比混合通风时更高。室内流场和病源呼气状态对易感者咽部中段以下的气流分布影响很小。易感者动态呼吸时,鼻呼吸时,鼻腔前段、咽部狭窄段和主气管的流速较高;口呼吸时,口腔狭窄处流速最高,咽部狭窄处和主气管次之。在相同室内环境和呼吸流量的条件下,鼻呼吸比口呼吸延迟了0.1 s左右。综合对比鼻呼吸和口呼吸,发现在相同吸入流量下,通过鼻部吸入的飞沫数量明显小于通过口部吸入的飞沫数量,可见鼻呼吸比口呼吸的效果更好。本文的模拟耦合了室内环境与动态呼吸系统,研究了飞沫从病源呼出、在室内空气中传播到在易感者体内沉积的完整的呼吸道传染病空气传播过程,为呼吸道传染病的预测和防控以及呼吸系统疾病的医学研究和治疗提供参考。