Исследованы возможности моделей отсоединенных вихрей (DES-моделей) применительно к полости носа человека, представляющей сложную переменного сечения структуру с многочисленными выступами и неровностями (носовые пазухи и раковины). Трехмерная геометрическая модель (3D-модель) полости носа выполнена по результатам компьютерной томографии в программном пакете Mercury Amira. Конвективные потоки в 3D-модели заданы в программном пакете Ansys Icem CFD. Для 3D-модели полости носа впервые выполнен нестационарный расчет без осреднения по времени, учитывающий функцию перепада давления при дыхании. Результаты моделирования сопоставлены с экспериментальными результатами, полученными для аналогичной твердотельной 3D-модели. DOI: 10.21883/JTF.2017.03.44256.1919
ВведениеПредлагаемая вниманию читателей работа посвяще-на исследованию конвективных турбулентных потоков в каналах нерегулярной формы, плохо поддающихся точному геометрическому описанию. К ним можно от-нести многие природные объекты, такие как, напри-мер, гидросистемы, литосистемы, геосистемы. К кана-лам нерегулярной формы, в частности, можно отнести дыхательную систему человека, в которой происходит конвективное движение воздуха.Исследование включает численное нестационарное и экспериментальное моделирование движения воздушных потоков внутри полости носа и околоносовых пазухах.Первая трехмерная математическая модель одной из половин носа, усеченная в области носоглотки, была создана в 1995 г. Кеыхани (Keyhani) и др.[1]. За по-следние десять лет в мире наблюдается всплеск по количеству публикуемых в данном направлении работ. Некоторые из них представлены нами в списке литерату-ры [2-4]. В зависимости от изменения или неизменности моделируемых параметров потока от времени следует выделить две большие группы, представляющие стаци-онарное (независимое от времени) и нестационарное (учитывающее изменение параметров потока во време-ни) моделирование. В качестве граничных условий в стационарных моделях задают массовый расход, напри-мер [2], или перепад давления [3]. В нестационарных моделях граничные условия также заданы как стацио-нарные при условии постоянного расхода на входе в носовую полость [4].Экспериментальные исследования имеют значитель-но более длительную историю. Первые твердотельные модели появились в 20-е−30-е гг. прошлого века (ав-торы П. Минк, Ховбаер, К. Такахаши, О. Бусингер, Дж. Шейдлер) [5,6], однако до сих пор эти исследования остаются актуальными. Дело в том, что сложное миниа-тюрное строение полостей носа значительно затрудняет исследование движения конвективных потоков даже при условии применения твердотельных моделей. Как пра-вило это визуальные наблюдения за движением потока подкрашенной жидкости или дыма в твердотельной мо-дели. Причем форма модели для удобства наблюдателей может быть увеличенной.В работах [7,8] твердотельные модели выполнены в натуральную величину, включают левую и правую половины носа с носовыми пазухами и разделитель-ной перегородкой. В качестве рабочей среды приме-нен воздух, а наблюдение за изменениями параметров конвективного ...