论文题目: 手术室内气流组织与生物粒子控制的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 供热,供燃气,通风与空调工程
作者: 张蕊
导师: 涂光备
关键词: 手术室,气流组织,数值模拟,拉格朗日法,动网格
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 手术室空气内微生物的传播是造成手术部位感染(Surgical Site Infection)的主要因素,对患者的生命、健康和经济负担都有很严重的影响,需重视和认真对待。本课题采用实验研究和数值模拟相结合的方法,对手术室内几种气流组织方式的污染物控制效果进行了研究。本课题欲使用拉格朗日法对医护人员身上散发的带菌粒子的扩散进行数值模拟。通过两间手术室实测沉降菌数值与数值模拟结果的比较,证明模拟的结果是可信的。同时通过对流场的分析,手术灯下方产生的涡流可能会把医生散发出来的带菌粒子带到手术切口处,带来SSI的隐患。模型中定义了患者身上可能的手术部位为手术关键区,并计算了沉降到手术关键区上的粒子数。Ⅰ级手术室内沉降在关键区上的粒子数比Ⅱ级手术室少86.9%;相同换气次数下较低的风速可以减少沉降在上表面的粒子数,但同时患者周围的粒子浓度会升高,洁净气流抵御外来干扰的能力就降低了;不同送风速度方案的比较显示:上表面沉降粒子数,随送风速度的增加变化比较明显,而0.25m/s是个特殊值,在其前,增加风速沉降粒子数随之降低;而其后再增加送风速度反而使沉降粒子数也增大。对于这间手术室,0.25m/s到0.3m/s是最佳的风速范围,可以使沉降粒子数达到最小值,同时可以保证患者周围较低的粒子浓度。本课题认为在利用数值模拟手段评价气流组织的优劣时,不应将手术区的污染物浓度作为唯一评价标准,同时应该考虑沉降到手术关键区的粒子的多少,因为沉降的粒子是导致SSI发生的最终根源。局部水平送风单元由于没有手术灯的遮挡,到达手术区上方的速度衰减较小,衰减率一般为:40%到45%。医护人员周围的粒子浓度高于相近换气次数下的垂直流送风方式。手术关键区上的沉降粒子数明显低于垂直送风方式,相近的换气次数下,粒子减少率约为65%。但是没有发现水平送风方式下,沉降粒子数与送风速度之间的明显关系。综合考虑粒子污染物浓度和沉降粒子数,建议水平送风单元的送风速度取0.3m/s为宜。局部水平单向流送风系统的数值模拟结果:从流线图上可以看见,这种送风方式的优点有:1.房间内的涡流明显减少;2.从医护人员身上散发的粒子能够尽快排出室外,减小了沉降在手术切口处的危险。污染物粒子的计算结果显示,每人释放相当于30分钟的粒子数,没有粒子沉降到手术关键区上,是非常好的结果。水平送风单元方式,在相同送风速度下医护人员周围的粒子浓度高于垂直送风系统,而局部水平单向流系统,全室的粒子浓度低于相同送风速度的垂直单向流,但有局部高浓度区的存在。模拟结果还需要进一步实验的验证。人员走动引起二次气流的模拟结果显示护士走动时引起的二次气流的影响
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 手术部位感染
1.1.1 手术部位感染的统计资料
1.1.2 手术部位感染的分类及影响因素
1.1.3 手术部位感染的主要控制措施
1.1.4 洁净手术室技术的发展
1.1.5 洁净手术室微生物控制的效果
1.2 洁净手术室内的气流组织方式
1.2.1 单向流
1.2.2 非单向流
1.3 国内外关于手术室内净化效果的研究进展
1.3.1 对于手术内不同气流分布方式下细菌浓度的实验研究
1.3.2 对于手术室内不同气流组织方式下细菌浓度的数值研究
1.4 本课题的研究内容
第二章 数值计算的基本理论
2.1 计算流体力学概述
2.1.1 计算流体力学的发展
2.1.2 计算流体力学求解问题的基本方法
2.2 流体力学的控制方程及主要的湍流模型
2.2.1 流体力学的控制方程
2.2.2 主要的湍流模型
2.3 区域离散化方法
2.3.1 结构化网格与非结构化网格
2.3.2 网格的质量
2.4 方程离散化方法
第三章 两间手术室的实测结果及数值模型的建立
3.1 实验目的和方法
3.1.1 实验的目的
3.1.2 测试所使用的仪器和方法
3.2 两间洁净手术室的测试结果
3.2.1 Ⅰ级洁净手术室的测试结果
3.2.2 Ⅱ级洁净手术室的测试结果
3.3 数值模拟
3.3.1 室内污染物数值模拟方法的选择
3.3.2 颗粒轨迹模型
3.3.3 室内发菌量
3.3.4 物理模型的建立及边界条件的设定
3.4 结果分析
3.4.1 沉降菌模拟结果与实测数值比较
3.4.2 手术关键区的定义
第四章 几种气流组织方式的污染物粒子控制效果研究
4.1 相同换气次数下三种方案的比较
4.2 不同送风速度方案的比较
4.3 水平单向流系统的研究
4.3.1 局部水平单向流单元
4.3.2 局部水平单向流系统
第五章 人员走动对手术区影响的数值研究
5.1 动网格理论基础
5.1.1 动网格守恒方程
5.1.2 动网格
5.1.3 对固体机械运动的表述
5.2 人员走动的模拟
5.2.1 物理模型的建立
5.2.2 动网格和边界条件的设置
5.3 模拟结果
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢
发布时间: 2007-04-17
参考文献
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