随着科技进步，空气中可吸入气溶胶粒子对人体健康的威胁日益严重，人体通过呼吸道吸入气溶胶粒子会引起哮喘、肺气肿和支气管炎等呼吸道疾病，日本核泄漏释放的放射性碘-131依附气溶胶粒子飘洋过海，进入人体呼吸系统后会对人体健康造成安全隐患；同时针对各种呼吸系统疾病，气溶胶吸入治疗也表现出了明显的优势。而人体上呼吸道内气流流场结构、气溶胶输运及沉淀机制决定了有毒气溶胶或药物气溶胶的沉淀部位和局部沉淀率，进而决定了有毒气溶胶的危害程度和药物气溶胶的治疗效果。因此，研究人体上呼吸道内流场结构以及微米气溶胶粒子的动力学行为，具有重要的科学意义。　　 本文根据基于尸体灌注方法的真实口咽通道模具和基于形态测量学的非对称“5肺叶”肺模型，建立了包括口腔、咽、喉、主气管、“左二右三”非对称肺叶支气管的更接近生理解剖结构的人体上呼吸道仿真模型。采用基于涡粘性假设的低雷诺数k-ω湍流模型闭合雷诺平均Navier-Stokes方程，在稳态呼吸模式和瞬态循环呼吸模式下，研究了人体上呼吸道内流场结构（包括压降、速率场和湍流强度）；运用拉格朗日轨迹法对微米粒子在人体上呼吸道内输运和沉淀机制、沉淀部位以及局部沉淀率进行了系统的研究。研究结果表明：　　 人体上呼吸道内沿着气流流经部位存在着层流。湍流．层流的转捩。吸气过程中，湍流发生于咽喉弯曲部位，在喉部声门处迅速增大，湍流强度在喉射流与回流共存部位达至最大值，之后逐渐减弱；呼气过程中，湍流发生于喉部声门处，在咽部形成复杂的二次流和涡流，湍流强度也迅速升高，在软腭部小舌处达到最大值，之后在口腔部逐渐减弱。　　 在循环呼吸过程中，随着呼吸时间上呼吸道内流场也存在着层流．湍流．层流的转捩。在吸气＼呼气起始阶段，由于气流速率较小，压降和湍流动能很小，上呼吸道内主要以层流为主。在吸气＼呼气的加速阶段中，随着气流速率增加，呼吸道内压降和湍流动能逐渐增大，湍流范围扩大至咽部喉部以及大部分主气管。在吸气＼呼气的减速阶段，随着气流速率减小，呼吸道内湍流强度逐渐减小，逐渐恢复至层流流动。　　 惯性冲撞是微米粒子在人体上呼吸道内的主要沉淀机制。这导致微米粒子在人体上呼吸道各截面形成了高浓度粒子聚集区域和无粒子区域，因此微米粒子主要沉淀于呼吸道变化剧烈的部位。吸气过程中，粒子主要沉淀于咽喉弯曲部后壁、主气管前壁、支气管分叉的马鞍面部位；而呼气过程中，粒子沉淀“热点”部位变为咽喉弯曲部前壁、主气管前后壁、支气管分叉的背脊面。　　 在小Stokes数情况下，二次流和湍流对粒子的输运及沉淀影响较明显，随Stokes数增大（气流速率增大或粒径增大），二次流和湍流的影响逐渐减弱。这就使得小粒子随着二次流进入呼吸道弯曲部内侧的涡流区域以及主气管后壁附近的回流区域，增加了小粒子在这些部位的沉淀几率。　　 通过对吸入各肺叶的气体流量及粒子质量分数的研究，我们发现微米粒子进入各肺叶比例与各肺叶气流流量成正比，进入两个肺下叶粒子质量分数最大，两个肺下叶次之，进入右中肺叶的粒子数最少。由于大粒子在口咽部沉淀率很大，少数大粒子到达主气管且只分布于气管前壁，因此大粒子主要进入了两个肺下叶。