شبیه‌سازی عددی پخش ذرات اطراف سیستم تنفسی یک مانکن در حالت ایستاده و خوابیده در داخل اتاق

در این مقاله تاثیر موقعیت مانکن به همراه سیستم تنفسی در اتاق دارای سیستم تهویه بر میدان جریان و پخش ذرات به صورت عددی بررسی شده است. میزان جذب و نشست ذرات درون سیستم تنفسی و اتاق از دیدگاه لاگرانژی مورد مطالعه قرار گرفته است. سیستم تنفسی مورد بررسی شامل بینی، حلق فوقانی، حلق تحتانی، حنجره و نای بوده که توسط عکس های سی تی اسکن تولید و روی مانکنی سه بُعدی سوار شده است. مانکن درون اتاقی دارای 4 دریچه خروجی و 2 دریچه ورودی در حالت ایستاده و در حالت خوابیده مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای شبیه سازی میدان جریان از نرم افزار انسیس فلوئنت 17/2 و برای مدل سازی آشفتگی از مدل آشفته چهارمعادله ای انتقال تنش برشی گذار استفاده شده است. شبیه سازی ها در 3 مقدار متفاوت دبی تنفسی در حالت دم و برای ذراتی در 4 قطر متفاوت انجام شده اند. نتایج نشان می دهد که میزان نشست ذرات روی سطوح مانکن خوابیده به علت نیروی گرانش بیشتر از مانکن ایستاده است. میزان ورود ذرات به سیستم تنفسی مانکن کمتر از 0/4% کل ذرات ورودی است. همچنین بینی ذرات بزرگ را جذب می کند، در حالی که با کاهش قطر ذرات، میزان بیشتری از ذرات در قسمت های پایین تر سیستم تنفسی رسوب می کنند.

Numerical Simulation of Particle Dispersion around Respiratory System of a Standing and Sleeping Mannequin inside a Room

In this paper, the effect of a mannequin location with an integrated respiratory system in a ventilated room on the flow field and particle dispersion was evaluated, using numerical simulations. Dispersion and deposition of particles inside the respiratory system and inside the room have been investigated, using a Lagrangian approach. The respiratory system contains the nasal airway, nasopharynx, oropharynx, and larynx, trachea, which has been generated from CT scan images and installed on a 3D mannequin model. The evaluation conditions varied as standing and sleeping mannequins form in a room that includes 2 input dampers and 4 output dampers. For simulation of the flow field, the ANSYS FLUENT software version 17.2 with the 4equation SST transition turbulence model have been used. Simulations have been performed for 3 different respiration flow rates and 4 different particle diameters. Results indicate higher deposition on the sleeping model rather than standing model due to gravitational effect. The total aspiration of particles inside the respiratory system was less than 0.4%. In addition, the nasal cavity captures large particles, while for small particles, higher deposition occurs in the lower parts of the respiratory tract.