近年来,随着经济发展带来的空气污染日益严重,由此引起的各类呼吸系统疾病和发病率和死亡率随之上升。大气中的可吸入颗粒物尤其是PM2.5(可入肺颗粒物)被吸入后,在人体呼吸系统的肺腺泡区沉积,甚至会进入人体的血液循环系统,对人体的健康造成危害。儿童的呼吸系统还处于发育阶段,自身的抵抗力较差,对大气中的可吸入颗粒物更加敏感。因此,研究成人和儿童肺腺泡区的气流特性以及可吸入颗粒物的沉积,对理解气体和颗粒物的输运机理,评价可入肺颗粒物对不同年龄人群的影响具有重要意义,将有助于肺部物质输运及相关领域的深入研究。并且,研究药物颗粒在肺腺泡病变部位的沉积,可以评价药物的靶向作用,为进一步改善和优化药物靶向治疗提供可靠的理论基础。由于人体肺腺泡部位的真实生理结构尺度小、肺泡数量多、结构复杂,目前仅有组织学上的平面切片图形。实验中一般利用相似原则建模,开展大尺度下的流动显示与颗粒沉积实验。与之相比,数值模拟方法则不受实验手段的制约,能够揭示流动中的细节。本文基于Weibel-A模型数据的基础,通过假设简化建立三维0~8级正常肺腺泡模型和二维阻塞肺腺泡模型,并通过引入动壁面边界条件反映肺部节律收缩/扩张的动力学机制,采用数值模拟手段研究成人与儿童肺腺泡气流与颗粒的沉积特性,肺腺泡的阻塞产生的影响,以及药物颗粒在阻塞部位的靶向作用。本文数值模拟采用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics 4.3a,分别采用欧拉法和拉格朗日法对肺腺泡区气流流动和颗粒运动进行研究。正常肺腺泡的模拟结果表明:随着肺腺泡级数的增加,气流速度逐渐减小,压力值逐渐增大,颗粒物的分级沉积率逐渐增大;模型的三维结构是肺腺泡流动特性的研究中不可忽视的问题,颗粒的沉积率整体高于二维模型;与固定肺泡壁条件相比,动肺泡壁条件可以增强肺泡内流场的对流流动,使颗粒沉积率增大;不同呼吸状态下,颗粒的沉积有所不同,主要受呼吸时间的影响;年龄越小的个体,肺腺泡各级的气流速度和压力值相对越大,颗粒的沉积率也越大。阻塞肺腺泡的模拟结果表明:阻塞主要影响阻塞处的上下游流速,以及和阻塞处具有相同上级的另一侧流速;阻塞处附近压降较大,且距离肺腺泡终端越远的区域发生阻塞,其压降值越大;管段的阻塞对有相同上级的正常一侧区域的颗粒沉积几乎没有影响;阻塞主要影响阻塞处下一分叉处的颗粒沉积;概括性地找出药物的最佳靶向粒径不太可能,药物的靶向性和阻塞发生的部位以及阻塞处的数量等复杂因素有关。