在粉末吸入器(DPI)的研發(fā)中，降低口腔咽喉沉積率(OTD)的本質(zhì)，是解決“大顆粒載體/團(tuán)聚體”與“小顆粒藥物（API）”在流道內(nèi)的運(yùn)動分離問題。內(nèi)部流道建模與仿真(主要是 CFD-DPM/DEM 耦合)正是通過“透視”流場與粒子軌跡，找到這個(gè)分離的優(yōu)解。
以下是仿真指導(dǎo)流道優(yōu)化的幾個(gè)關(guān)鍵維度：
1. 流場形態(tài)控制：從“亂流”到“導(dǎo)向流”
傳統(tǒng) DPI 依賴高湍流來解聚粉末，但這往往導(dǎo)致出口氣流發(fā)散，大顆粒因慣性撞向口咽壁。
旋流與分流設(shè)計(jì)：仿真常用于優(yōu)化旋流葉片或螺旋通道(如 Swirling-DPI)。適度的切向旋流(Swirl)能增加顆粒碰撞解聚的概率，但過大的旋流會導(dǎo)致出口氣流擴(kuò)散。通過 CFD 調(diào)整旋流數(shù)(SN)，可找到“既能解聚又不至于過度擴(kuò)散”的平衡點(diǎn)，引導(dǎo)氣流核心區(qū)更集中地指向喉部深處，減少側(cè)壁撞擊。
出口整流：在流道末端加入導(dǎo)流格柵、快速擴(kuò)張段或 3D 棒陣列，利用仿真觀察氣流速度矢量，打碎出口的大尺度渦旋，使氣溶膠更平穩(wěn)地進(jìn)入氣道，避免“噴射”到舌根或咽后壁。
2. 粒子動力學(xué)與“慣性篩分”機(jī)制
口喉沉積的主力是大粒徑顆粒(如乳糖載體 >50μm)，主要機(jī)制是慣性碰撞。
軌跡追蹤：DPM(離散相模型)仿真可以清晰顯示，大顆粒因質(zhì)量大，難以跟隨流線繞過口咽彎折處，會直線撞向咽后壁；而細(xì)顆粒(API <5μm)質(zhì)量小，能較好地跟隨氣流進(jìn)入肺部。
結(jié)構(gòu)利用：通過仿真調(diào)整流道曲率、截面變化率和內(nèi)壁結(jié)構(gòu)，可以刻意制造一種“慣性篩分”環(huán)境——讓大顆粒更多撞擊在
裝置內(nèi)部壁面（可回收或廢棄）而非口喉軟組織上，同時(shí)保證細(xì)顆粒能順利隨流線輸出。
3. 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的量化優(yōu)化
仿真將經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為參數(shù)化設(shè)計(jì)，直接降低 OTD：
吸嘴（Mouthpiece）設(shè)計(jì)：仿真表明，吸嘴長度、內(nèi)徑和截面形狀直接影響出口速度分布。較短的吸嘴往往導(dǎo)致口內(nèi)氣流擴(kuò)散快，沉積增加；而帶特定螺距(如 7mm)的螺旋吸嘴可提升大顆粒出口速度，使其更容易飛過口腔到達(dá)喉部深處或被特定結(jié)構(gòu)攔截，而非沉積在口腔前部。
擴(kuò)張段與碰撞壁：在流道內(nèi)設(shè)計(jì)合理的突然擴(kuò)張或擋板結(jié)構(gòu)，利用仿真計(jì)算顆粒的 Stokes 數(shù)和撞擊能量，優(yōu)化去聚集(de-agglomeration)效率，確保 API 脫離載體后又不會過度團(tuán)聚。
4. 真實(shí)口喉模型耦合驗(yàn)證
僅僅優(yōu)化吸入器本身是不夠的，必須將吸入器出口流道與真實(shí)/理想化的人口咽喉模型（Mouth-Throat Model）在仿真中拼接。
這能直觀預(yù)測不同吸入流速下，藥物在舌頭、軟腭、喉部的沉積熱點(diǎn)(Hotspots)。
通過調(diào)整吸入器流道出口的動量及流型，匹配氣道入口條件，從而系統(tǒng)性降低 OTD，提升肺部細(xì)顆粒分?jǐn)?shù)(FPF)。
總結(jié)：
降低 OTD 的仿真關(guān)鍵，不在于單純追求“流速多快”或“湍流多強(qiáng)”，而在于通過流道幾何精確調(diào)控氣溶膠的出口動量、發(fā)散角及顆粒-壁面相互作用，讓大顆粒“留下來”或“跳過去”，讓細(xì)顆粒“跟進(jìn)去”。
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