23 代肺模型吸气的直接数值模拟
流体动力学
2025-06-18 v1
摘要
人类肺部的近端和远端空气流相互关联：较低的湍流数在更深的生成区域导致流动逐渐正规化，而质量守恒要求流量振荡通过气道分支传播。为解释这两种竞争效应如何塑造深层生成区域的流动状态，我们进行了首次针对包含 23 代连续分支的单平面气道模型的空气流动高保真数值模拟。无需涉及湍流建模或对流态的假设。所选流量为稳定（平均为稳态），代表成人患者通过治疗性吸入器呼吸时达到的峰值吸气流量。如预期，输运在每次分支之后变得越来越不重要，直至最小生成区域建立起仅由粘性扩散支配的时变斯托克斯流动状态。然而，尽管这种状态下的振荡相对于平均流量较快且较大，这与公认的只有呼吸频率在肺泡尺度上才相关的观点相矛盾。我们展示了这些特征频率和振幅与上部支气管树的流动相关联，因为它们源于上部分支处的时变流量分配。尽管这些振荡在这里在理想化、刚性肺模型中观察到，但我们的发现表明，通常采用于许多当前肺模型中的假设可能需要被修订。
引用
@article{arxiv.2506.14729,
title = {Direct numerical simulations of inhalation in a 23-generation lung model},
author = {Marco Atzori and Emanuele Gallorini and Ciro Cottini and Andrea Benassi and Maurizio Quadrio},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.14729},
year = {2025}
}