当今的世界面临着日益严重的大气污染问题,随着汽车等工业产品的普及以及沙尘肆虐等灾害的频发,雾霾现象出现频繁,呼吸道疾病的患病率大幅上升。通过研究雾霾颗粒在人体呼吸道内运动和沉积的机理,对于相关的生理和病理研究具有重大的研究意义和理论价值。本文采用计算流体动力学方法,建立了颗粒物在人体呼吸道的气固两相流模型,在考虑纤毛驱动粘液运动的流固耦合机制的基础上,建立了颗粒物在粘液纤毛系统中的运动模型,并进行了相关的数值仿真计算。不仅从宏观领域上探讨了雾霾颗粒物的沉积机理,而且在微观领域上对颗粒物在呼吸道壁面沉积后的运动规律进行研究和探讨,通过和现有的实验数据以及文献的对比,证明了本文的数值计算模型以及计算方法的有效性和正确性。本文首先阐述了计算流体动力学的基础理论,对颗粒在呼吸道内空气流中的运动建立气固两相流模型,选用大涡模拟描述呼吸道内气流的运动;分析颗粒物在空气流中的受力情况,采用DPM模型追踪颗粒在呼吸道内的运动轨迹。然后,在人体上呼吸道物理模型基础上建立刚性和弹性的呼吸道模型。研究呼吸强度为30L/min和90L/min时,稳态呼吸模式和循环呼吸模型下的气流运动特性,计算结果表明:由于呼吸道几何结构的限制,气流在声门处会产生湍流喷射现象,在声门上下游气管外壁附近会发生气流分离,产生回流现象;循环吸气过程中,呼吸道内的气流轴向速度增大,在咽部和声门下游气管外壁处产生更为明显的涡流现象;在呼吸道的弹性壁模型计算中,随着呼吸道壁发生位移和变形,在口腔底部及咽喉部位,由于局部壁面出现凸起扩张现象,其膨胀的呼吸道壁对内部运动的气流将起到“缓冲”的作用,降低气流的速度。在此基础上,分别对0.3um、2.5um和6.5um粒径的颗粒沉积规律进行研究,并考虑不同颗粒浓度下对颗粒沉积的影响,从而揭示了颗粒在呼吸道内的运动沉积机理:颗粒粒径的大小和人体呼吸强度是颗粒沉积最主要的两个因素。不同粒径颗粒的沉积机理不尽相同,湍流扩散和涡流夹带对于0.3um粒径的颗粒是其沉积的主要因素;惯性碰撞对于6.5um粒径的颗粒影响最大;对于2.5um粒径的细颗粒的沉积,惯性碰撞和湍流扩散对此粒径的作用十分明显。最后,选取PM2.5在支气管内的沉积区域的微尺度系统-粘液纤毛系统进行研究。研究该区域纤毛摆动规律,建立纤毛运动模型;分析粘液分布情况,建立具有自由液面边界的VOF粘液流场模型。考虑纤毛簇状分布的现象,建立了流固耦合作用下的呼吸道粘液纤毛系统,研究在纤毛正常摆动情况下,上方粘液层及附着颗粒物的运动情况,计算结果证明了颗粒物在粘液纤毛系统中受到“清除”机制的作用。