可吸入颗粒物在人体进行呼吸的过程中会随空气进入人体,并沉积在呼吸道表面,对人体呼吸系统造成危害。近年来,随着环境空气污染越来越严重,呼吸系统疾病、心脑血管疾病等的发病率和死亡率也急剧增加,特别是细颗粒物会随着气流进入呼吸系统的肺腺泡区并沉积在此,甚至会穿透肺泡壁进入人体血液循环系统,进而影响心脏、大脑等重要器官,危害非常大。此外,可吸入疗法作为目前很有发展前途的治疗呼吸系统疾病的方法,对于如何使可吸入药物颗粒物更有效的到达病灶区,提高治疗效果也值得研究。因此,研究肺腺泡区细颗粒物的沉积对肺部疾病的预防、治疗及可吸入疗法的发展都具有重要意义。目前,由于人体肺腺泡部位的真实生理结构具有尺度小(微米量级),肺泡数量多(3-4亿),结构复杂等特点,通过实验手段(如CT扫描)难以对其进行探测,目前仅存在组织学上的平面切片图形。此外,人体在呼吸过程中肺泡是变化的,这也增加了数值模拟的难度。本文在呼吸生理学和人体肺腺泡结构研究的基础上,以Weibel A模型为基础,通过假设和简化,建立了三维肺腺泡几何模型,通过动网格技术实现肺泡的动态变化。对空气流动和颗粒的传输分别采用欧拉法和拉格朗日法进行研究,其控制方程分别为气体流动的N-S方程和牛顿第二定律方程,在多物理场耦合软件COMSOL 4.3a平台上对三种不同呼吸状态下的空气流动和颗粒沉积进行了数值模拟计算。主要研究了肺腺泡区的整体流场特性,不同呼吸状态与不同肺腺泡级数肺泡内的流线形态,对0.05-3μm范围内不同颗粒粒径、不同密度及不同呼吸周期下的颗粒沉积率进行了统计分析。研究结果表明,三维肺腺泡内的模拟换气量与真实呼吸换气量在同一数量级,肺内压降随肺腺泡级数的增加而减小;通过对不同级数肺泡内的流线形态进行观察对比,可知肺泡内的流线形态仅与肺泡所处的肺腺泡级数有关,即仅与肺腺泡的几何结构有关,流线形态随着肺腺泡级数的增加呈现从循环状向放射状的变化。在忽略布朗力情况下,颗粒沉积率随颗粒粒径的增大而增大;重力沉降对1-3μm的颗粒沉积率影响较大,对0.05-0.5μm颗粒沉积率的影响可忽略。颗粒密度对0.05-0.5μm颗粒沉积率的影响可忽略,1-3μm颗粒沉积率随密度的增大呈线性增大。0.5μm、1μm、2μm颗粒的沉积率随呼吸时间的增大呈线性增大。将本文三维模型下颗粒物的沉积率和文献中二维模型沉积率进行对比,得出三维模型中颗粒物的沉积率整体高于二维模型的结论,引入颗粒沉积增长率分析了不同模型对不同粒径颗粒沉积率影响的大小,发现三维肺腺泡模型对大粒径颗粒物沉积率的影响大于对粒径小的颗粒物沉积率的影响。