基于喷射理论的无针注射系统建模及实验研究

论文摘要

无针注射给药,是一种利用高压将液体药物加速至一定的速度,药物穿透皮肤外层递送至皮下、肌肉或黏膜部位,并在特定组织层释放,发挥药效的新型给药方式。无针注射技术涉及到了药剂学、药理学、物理学、数控机电加工技术等多个学科。高压高速的微小孔喷射在瞬时穿透人体皮肤的穿渗效果是无针注射给药系统中的关键问题。本文通过理论分析对微小孔的喷射过程进行了理论分析、建模仿真并通过进行验证,所作的工作对产品设计具有理论的指导意义。本文主要研究内容:第一,论述了选题的背景和意义,介绍了与微小孔喷射相关的轴对称射流、微尺度效应及流动显示技术的现状和发展。第二,介绍了Fluent软件的特点及仿真流程,数值模拟方法的分类,以及Fluent使用的有限体积法的基本原理。介绍了无针注射装置的结构及相关参数的测定,分析了注射过程的几个阶段,对注射过程进行简化,列出相关的控制方程,并进行仿真。同时通过仿真探讨了安瓿瓶内喷嘴结构不同对喷射效果的影响。第三,介绍了PIV、LDA及高速摄像机实验的过程,相关设备的组成结构及设备测定的原理,实验方案的设计,同时得到测试后的原始数据,对数据进行初步分析。第四,介绍了对PIV及LDA实验原始数据的处理过程,提取原始数据中的有效部分,编写Matlab数据处理程序进行处理分析。第五,将建模仿真与实验进行比较,两者结果较为符合,分析了建模仿真存在的问题,并提出了改进意见。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 无针注射简介
• 1.2.1 无针注射特点
• 1.2.2 注射效果研究现状
• 1.3 流体力学的研究方法
• 1.4 轴对称射流的理论研究
• 1.4.1 自由射流的特点
• 1.4.2 经验公式
• 1.4.3 积分模型
• 1.4.4 微分模型
• 1.5 微尺度效应
• 1.6 流动显示技术
• 1.6.1 流动显示技术的现状
• 1.6.2 流动显示技术的发展趋势
• 1.7 课题来源
• 1.8 本论文的主要研究工作
• 1.8.1 研究目的及方法
• 1.8.2 研究内容
• 1.8.3 论文的结构框架
• 第二章 理论建模及仿真
• 2.1 Fluent简介
• 2.1.1 数值模拟方法和分类
• 2.1.2 FVM的求解方法
• 2.1.3 有限体积法的基本思想
• 2.2 无针注射装置结构
• 2.2.1 无针注射特点
• 2.2.2 安瓶瓶的结构
• 2.2.3 注射过程分析
• 2.3 安瓶瓶内部建模及仿真
• 2.3.1 简化思路
• 2.3.2 Gambit网格划分
• 2.3.3 控制方程
• 2.3.4 Fluent仿真
• 2.4 不同喷嘴类型建模及仿真
• 2.5 外部射流建模及仿真
• 2.5.1 外部射流仿真的简化
• 2.5.2 Gambit网格划分
• 2.5.3 控制方程
• 2.5.4 Fluent仿真
• 2.6 本章小结
• 第三章 喷射过程的实验研究
• 3.1 微孔射流实验分析
• 3.2 PIV实验
• 3.2.1 PIV简介
• 3.2.2 PIV结构及原理
• 3.2.3 实验设备
• 3.2.4 实验设计
• 3.3 LDA实验
• 3.3.1 双光速多普勒测速法基本原理
• 3.3.2 LDA实验设备简介
• 3.3.3 实验具体参数
• 3.3.4 实验设计
• 3.4 高速摄像实验
• 3.5 本章小结
• 第四章 实验结果分析
• 4.1 PIV实验数据处理及分析
• 4.1.1 PIV数据有效性分析
• 4.1.2 Matlab数据筛选
• 4.1.3 Matlab数据处理程序
• 4.1.4 程序运行及比较
• 4.2 LDA数据处理及分析
• 4.2.1 仿真数据转换
• 4.2.2 喷射过程的稳定性观察
• 4.2.3 Matlab数据处理模型
• 4.2.4 数据处理程序
• 4.2.5 程序运行过程及数据导出
• 4.2.6 重新校准时间轴
• 4.2.7 LDA实验与仿真的对比分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献