医用盐粉颗粒雾化器及雾化效果试验研究

发布时间：2020-08-09 09:34

【摘要】：医用盐粉颗粒雾化器作为一种应用于治疗呼吸道疾病的医学设备,能够将盐粉雾化,由患者通过自主呼吸将盐雾送达患处起到治疗作用。目前的医用雾化器结构简单、雾化浓度不够均匀,并且容易在内壁及底部产生堆积,使得雾化治疗效果不理想、药粉浪费,甚至使患者产生不适感。因此研究医用盐粉颗粒雾化器,提高雾化效果,在雾化治疗领域具有重要的理论意义和实用价值。主要研究内容及结果如下:(1)分析了医用雾化器的雾化机理和雾化过程,并推导定向风速的理想情况下,颗粒雾化浓度分布情况,结果表明:湍流扩散系数越大,雾化行程越大,空气流速越小,颗粒浓度离散度越高,雾化浓度越均匀;在此基础上,采用欧拉-欧拉多相流模型和k-?湍流模型,建立了雾化的物理模型和数学模型,分析了流场内气固两相的受力情况;确立了盐粉雾化的主要性能指标为盐雾浓度均匀程度、出雾口盐粉动能和雾化速率。(2)根据医用盐粉雾化器的实际结构、气固两相的速率范围等设定边界条件,对医用盐粉雾化器的气固相流场仿真,分析了雾化器结构和气固相速率等因素对雾化器雾化效果的影响,结果显示:通过改良雾化器的出雾口形状,雾化浓度均匀程度得到了显著改善,归一化的混合强度由0.359改善为0.174(0代表完全混合,1代表完全分离);当雾化器的气流从切向射入雾化腔时,混合强度为0.242,无论从盐粉的雾化均匀程度、盐粉的雾化速率方面,相比于直射入雾化器底部都稍逊一筹;当盐粉加入速率在1.26×10~-88 kg/s~1.39×10~(-7)kg/s范围内变化,雾化浓度均匀度影响不明显;当气相速率提升时,雾化浓度均匀度有一定提高,雾化器内的湍动能得到提升,雾化的速率也得到略微提高,气相速率达到25m/s时,混合强度达到了0.091。(3)通过搭建气路系统、试验系统软硬件平台,研制了医用雾化器雾化效果试验系统,重点设计制作环状静电传感器的信号处理电路,基于LabVIEW设计上位机应用软件,并对试验系统进行了调试。(4)采用光学摄影方法观察了医用盐粉雾化器的实际雾化情况,通过对雾化效果试验分析,得到了与数值模拟相似的结论:对雾化器出雾口形状结构改进后,雾化器的雾化效果得到显著提升,其雾化射程由55mm提升为132mm;改变气流的方向,使得雾化器内流场变成旋流后,雾化器雾化产生较多的结块,并且在雾化器内壁产生了较多的堆积,雾化效果不理想;随着固相速率的提升,雾化器的雾化浓度均匀度没有明显变化,并且雾化盐粉的浓度随着固相速率的上升线性增长;随着气相速率的提升,雾化射程有明显增加,雾化器的雾化浓度均匀度得到了增强,而雾化盐粉的浓度有一定的减少。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH789
【图文】：

雾化器,主动式,被动式

医用盐粉颗粒雾化器及雾化效果试验研究.2 国内外研究现状综述2.1 医用雾化器现状分析（1）医用雾化器分类自从 1971 年第一个单剂量型的医用雾化器 Spinhaler 问世以来，医用雾化经 40 多年的发展，目前国内外市场上已经由 20 多种形态各异并且各自具有特点的医用雾化器，另外还有处于研发阶段的新型医用雾化器超过 25 种[3见的医用雾化器结构形式多样，如图 1.1 所示。

雾化器

图 2.1 雾化器的结构Fig 2.1 Structure of atomizer粉与空气混合过程由主体扩散、湍流扩散和分子扩散组成。主体扩两相流的主体流动，实现了颗粒运输的功能，携带气固两相逸出雾口中；湍流扩散能将流体破碎成无数个微团，提高气固的接触概率的分散，提高了混合效率；分子扩散是在盐粉浓度差的推动力下，高浓度向较低浓度迁移。湍流的不规则脉动速度场十分复杂，可以小不同旋转方向各异的微团的发生、消亡和相互作用的过程。该过的能量交换和颗粒扩散，湍流扩散的作用效果远大于分子扩散，是效率的主力军。因此，盐粉的雾化过程需要强烈的湍流流场[36-37]此，为了提高雾化效果，主要影响因素是湍流强度，其关键是提高气流速率，增加雾化器内微团个数，并减少湍流动能的损失。粉雾化器雾化理论分析

曲线图,雾化器,网格划分,结构模型

医用盐粉颗粒雾化器及雾化效果试验研究数值模拟和 CFD 结果以图像展现出来。Tecplot 360 是一视化两种功能完美结的数值模拟和 CFD 可视化软件。它，然后按照设想将数据以图像的形式体现出来。t 360 自身具有强大的绘图功能，能够将导入的数据以曲线图等形式展示绘制出来，其具有面向 Fluent 的接口，既文件，也可以在 Fluent 中直接生成 Tecplot 数据文件，与器雾化效果仿真几何模型与网格划分

【参考文献】