О возможности физического моделирования шумов, генерируемых потоком воздуха в элементах дыхательных путей человека

Abstract

С позиций аэрогидромеханики проведен анализ геометрических и физических характеристик участка дыхательных путей человека, образованных гортанью и непосредственно прилегающими к ней полостями преддверия гортани и трахеи. На основе этого анализа создана физическая модель этого участка. Разработана экспериментальная методика, позволяющая выполнять оценки аэродинамического сопротивления физической модели и спектров шумов, генерируемых движущемся в ней потоком воздуха. Получен большой объем фактических данных, анализ которых позволил установить ряд важных закономерностей. В частности показано, что аэродинамическое сопротивление диафрагмы, моделирующей голосовую щель, зависит от формы щели и ее размеров. Установлено, что с понижением степени симметрии формы щели и увеличением ее площади понижается аэродинамическое сопротивление. Показано, что уровень и характер спектров шумов, генерируемых потоком, проходящим через щель, зависит от формы щели, ее размеров и скорости потока воздуха. В частности выявлено, что снижение степени симметрии формы щели, увеличение ее площади и снижение скорости потока приводит к уменьшению интегрального уровня шумов, создаваемых потоком.

З позицій аерогідромеханіки проведено аналіз геометричних та фізичних характеристик ділянки дихальних шляхів людини, утвореної гортанню та прилеглими до неї порожнинами. На підставі цього аналізу створено фізичну модель цієї ділянки дихальних шляхів. Розроблено експериментальну методику, яка дозволяє оцінити аеродинамічний опір фізичної моделі та спектрів шумів, генерованих потоком повітря, що рухається у ній. Отримано великий обсяг даних, аналіз яких дозволив встановити ряд важливих закономірностей. Зокрема показано, що аеродинамічний опір діафрагми, яка моделює голосову щілину, суттєво залежить від її форми та розмірів. Встановлено, що зі зниженням ступеня симетрії форми щілини та збільшенням її площі знижується аеродинамічний опір діафрагми. Показано, що рівень та характер спектрів шумів, які виникають завдяки потоку повітря, залежить від форми щілини, її розмірів та швидкості потоку повітря. Зокрема виявлено, що зниження ступеня симетрії форми щілини та зниження швидкості потоку веде до зменшення інтегрального рівня шумів, збуджуваних потоком.

We analysed physical and geometric characteristics of larynx and adjacent to it cavities from aerohydromechanic point. Physical model of this part of the respiratory system was built on the basis of this analysis. We developed the experimental methods that allow one to evaluate aerodynamic resistance of the physical model as well as spectra of noise, generated by the airflow along the model. We obtained a vast number of real data. Analysis of this data allowed us to draw a number of important laws. In particular, we showed that aerodynamic resistance of diaphragm, which modells the glottis, depends significantly on shape and dimensions of the last. We found out that as degree of symmetry of the glottis shape decreases and its area increases the aerodynamic resistance of diaphragm falls. It was shown that level and nature of spectra of noise generated by the airflow passing the glottis depends on shape and dimensions of the glottis as well as on airflow speed. In particular, we found that the decrease in symmetry of the glottis shape, increase of its area and decrease of airflow speed result in decrease of integral level of noise generated by the flow.