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Experimental-computational study of fibrous particle transport and deposition in a bifurcating lung model

Particuology 2016年第5期14卷 102-113页

作者： Xiaole Chen Wenqi Zhong Josin Tom Clement Kleinstreuer Yu Feng Xiaopu He Key Laboratory of Energy Thermal Conversion and Control of the Ministry of Education School of Energy and Environment Southeast University Nanjing210096 China Department of Mechanical and Aerospace Engineering North Carolina State University Raleigh NC 27695 USA Department of Biomedical Engineering North Carolina State University Raleigh NC27695 USA School of Chemical Engineering Oklahoma State University Stillwater OK 74078 USA First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University Nanjing 210029 China

Experiments carried out using a lung model with a single horizontal bifurcation under different steady inhalation conditions explored the orientation of depositing carbon fibers, and particle deposition frac- tions. The orientations of deposited fibers were obtained from micrographs. Specifically, the effects of the sedimentation parameter （γ）, fiber length, and flow rate on orientations were analyzed. Our results indicate that gravitational effect on deposition cannot be neglected for 0.0228 〈 γ 〈 0.247. The absolute orientation angle of depositing fibers decreased linearly with increasing y for values 0.0228 〈 γ 〈 0.15. Correspondence between Stokes numbers and y suggests these characteristics can be used to estimate fiber deposition in the lower airways. computer simulations with sphere-equivalent diameter models for the fibers explored deposition efficiency vs. Stokes number. Using the volume-equivalent diameter model, our experimental data for the horizontal bifurcation were replicated. Results for particle deposition using a lung model with a vertical bifurcation indicate that body position also affects deposition.

关键词： lung aerosol dynamics image-processing method fiber deposition data computer simulations deposited fiber orientations

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