模拟分析绒毛运动对传质和吸收过程的强化

• 作者: 华晓蓝 张亚南 董志忠 王勇 陈晓东 肖杰
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 吸收 传质 数学模拟 计算流体力学 小肠 绒毛
• 年，卷（期）: 2021,（5）
• 所属期刊栏目: 流体力学与传递现象
• 页码范围: 2024-2034
• 页数: 10页
• 分类号: TQ027.1
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20191101

摘要

消化器官内壁有着多级多尺度结构且运动方式复杂，理解其在消化吸收过程中的作用对人类健康具有重要意义。着眼于人体小肠绒毛，从化学工程师的独特视角出发，建立多物理场耦合模型描述小肠绒毛运动驱动下的营养物质传递与吸收。成功应用动网格方法实现绒毛往返周期运动。同时建立分析方法，量化传质与吸收效果。模拟结果显示绒毛沿着小肠管路轴向的往返运动，可以形成两个特征涡流，有效强化绒毛间流体和外部流体的交换，减小径向传质阻力。绒毛顶部在吸收中起到了关键作用。绒毛运动周期越小，最大传质增强因子越高，吸收量越大。绒毛越高，最大传质增强因子越高，再加上吸收面积越大，总吸收量会显著提升。对于900 μm高的绒毛，在运动周期为6 s情况下，传质效果比绒毛不运动时的传质效果提升超过500%。