Simulation of air motion in human lungs during breathing. Dynamics of liquid droplet precipitation in the case of medicine drug aerosols

Работа посвящена численному моделированию течения воздуха в полном бронхиальном дереве человека. Ранее в работах авторов была построена аналитическая модель полного трехмерного бронхиального дерева человека и разработана методика поэтапного расчета респираторного тракта. В статье рассматриваются возможности применения предложенной методики для широкого класса задач по численному моделированию течения воздуха в легких человека. Рассмотрены следующие задачи: 1) стационарный вдох (при различных расходах воздуха) для круглого и “звездообразного” сечения бронхов (“звездообразное” сечение моделирует патологию легких); 2) стационарный выдох; 3) нестационарный вдох; 4) осаждение капель лекарственного аэрозоля в бронхах человека. Проведено сравнение результатов расчета по предложенной методике с результатами других авторов. Показано, что результаты хорошо согласуются с исследованиями других авторов. Впервые, в отличие от ранее опубликованных работ, исследовалось течение воздуха в полном (вплоть до альвеол) бронхиальном дереве. Показано, что для выдоха требуется больший (примерно на 30%) перепад давление, чем для вдоха. Численное моделирование осаждения аэрозольных форм лекарства в бронхиальном тракте человека показало, что аэрозольные капли стандартного небулайзера не достигают альвеол (осаждение капель происходит в нижних участках бронхов).