人体肺腺泡是指终末细支气管以下的肺组织,包括呼吸性细支气管、肺泡管、肺泡囊和肺泡,是呼吸作用的主要区域。一方面,病原微生物和大气污染物如PM2.5等能以气溶胶粒子的形式通过呼吸道进入人体,对人体健康和生命安全造成严重威胁;另一方面,药物气溶胶在人体肺腺泡区沉积规律还不够明晰,疾病靶向区沉积率较低,药物利用率有待进一步提高。因此,研究气溶胶在人体肺腺泡区的运动和沉积对减少有毒有害气溶胶对人体的侵害、提升药物气溶胶在靶向区域沉积率、最大化药物吸入治疗效果都具有重要意义。本研究基于人体解剖数据建立了四级人体肺腺泡模型,采用动网格、流固耦合等方法,研究了边界运动方式、颗粒物聚合效应和COPD病变等对人体肺腺泡区流场和气溶胶沉积的影响。主要研究内容与结果如下:（1）基于人体肺腺泡解剖数据重构了各级尺寸随级数变化的四级人体肺腺泡模型,模型中肺腺管、肺泡体积占比与文献数据保持一致,保证了研究的可信度。基于计算流体动力学和粒子动力学理论,建立了人体肺腺泡区气流和粒子运动控制方程,设置了边界条件,为后续的仿真计算奠定了模型基础。（2）依据呼吸频率、潮气量等人体呼吸过程关键参数,建立了可表征人体呼吸状态的模型边界,模拟研究了固定边界和运动边界下肺腺泡模型内流场特性,分析了边界运动和粒径对气溶胶沉积率、沉积位置的影响。结果表明:两种边界下,肺腺管内流场速度均随级数增加逐级下降,肺泡内流场速度较小,与肺泡囊速度基本一致。迹线方面,固定边界下肺泡内迹线由循环状向辐射状变化,肺泡囊无循环区。运动边界下,肺泡内循环区完全消失。边界运动对颗粒物的运动和沉积,尤其是亚微米颗粒物有显著影响。颗粒物沉积位置受粒径影响显著,运动边界下,0.1μm颗粒物沉积位置几乎全部位于模型入口处。随着粒径增大,颗粒物沉积位置逐渐下移,3μm和5μm颗粒物沉积位置主要分布于模型下方,沿重力方向高浓度分布,与固定边界下分布规律基本一致,这一结果充分说明了重力对微米级颗粒物的主导作用。（3）基于O’Rourke算法建立了颗粒物碰撞聚合模型,探究了人体肺腺泡区能够发生颗粒物间聚合的最小浓度,对比分析了固定边界和运动边界下聚合效应对颗粒物沉积率、沉积位置和沉积速度（半沉期）的影响。结果表明:肺腺泡区颗粒物间能够发生聚合的最小浓度约为8.5×10~4个/cm~3。颗粒物的转化比随着颗粒量的增加而增加,随直径增加呈U型变化趋势。固定边界下,考虑颗粒物间碰撞聚合效应时,0.1-5μm粒径范围内颗粒物的在D17沉积率均有所下降,在D18沉积率则略有上升。引入沉积速度参数“半沉期”评价颗粒物沉积速度,发现半沉期随粒径增加呈中间高、两边低的倒V型变化趋势。（4）结合人体实际生理参数,建立了人体肺腺泡流固耦合模型,通过在模型外表面施加正弦变化的压力实现模型的扩张收缩运动,模拟研究了流固耦合作用下人体肺腺泡区流场演化、结构位移和应力分布,以及气溶胶的运动和沉积。结果表明:流固耦合作用下,随着级数的增加,肺腺管内速度呈明显阶梯式下降,至肺泡囊区域,流场速度减小至与肺泡内流速相当。迹线方面,肺泡囊中没有循环区,迹线呈辐射状。肺腺泡结构位移和应力分布受模型变形率和结构影响显著,结构位移量随级数减小而逐级递减,应力分布呈明显异质性,肺泡与肺腺管交界处（17至19级）和肺泡与肺泡连接处（肺泡囊）为应力集中区。多呼吸循环对亚微米颗粒物,尤其是粒径在1μm左右的颗粒物的充分沉积至关重要。多个呼吸循环不仅能提升亚微米颗粒沉积率,而且能使其潜入更深的肺部区域。（5）基于COPD患病人群病理特征,建立了肺腺管阻塞病变模型和肺气肿病变模型,采用流固耦合方法探究了肺腺管阻塞和肺气肿病变对人体肺腺泡区流场、结构位移、应力分布和气溶胶沉积的影响。结果表明:肺腺管阻塞和肺气肿病变均导致了不同程度的通气量下降和气流受限,尤其是肺气肿病变,通气量仅为健康肺腺泡一半。肺腺管阻塞病变模型内在阻塞处形成了流场高速区。肺气肿病变模型内17级和18级肺腺管内气流速度显著下降,下降幅度约25%。迹线方面,两种病变模型内肺泡囊区域循环区均消失。肺腺管阻塞病变模型和肺气肿病变模型最大位移量分别为200μm和130μm,最大应力值分别为2.8 k Pa和1.5 k Pa。肺腺管阻塞区域流速较高,导致3μm颗粒物沉积率显著降低,引发呼气过程颗粒物局部区域拥挤、分布不均等现象。由于通气量的显著下降,肺气肿病变模型内流场速度普遍下降,亚微米颗粒物动力不足,难以进入肺腺泡深处,微米级颗粒物则在重力作用下偏向沉积于近端,导致肺腺泡深处沉积率降低。因此,建议肺气肿的药物吸入治疗可以使用正压通气设备以获得更好的通气量和深肺区域药物治疗效果。综上所述,本研究基于人体解剖数据建立了各级尺寸随级数变化的四级人体肺腺泡模型,采用动网格、流固耦合等方法,研究了边界运动方式、颗粒物聚合效应和COPD病变等对人体肺腺泡区流场和气溶胶沉积的影响,明确了边界运动的必要性,探究了人体肺腺泡区发生颗粒物聚合的最低浓度,基于人体生理参数开发了健康和COPD病变肺腺泡模型,总结了肺部病变对肺腺泡区流场和气溶胶沉积的影响规律,为有毒有害气溶胶的防护和药物吸入治疗的优化提供了理论依据和数据支撑。