Análisis computarizado del flujo aéreo en la cavidad nasal

Abstract

Desde finales del siglo XIX se han realizado sucesivos trabajos de carácter experimental para estudiar la trayectoria del flujo de aire a través de la cavidad nasal. En esta Tesis Doctoral se utiliza una aproximación novedosa llamada Mecánica de Fluidos Computacional (M.F.C.). Esta técnica ha demostrado ser una herramienta muy poderosa para el estudio de la dinámica de fluidos, consiste en simular numéricamente cómo se mueve el aire bajo determinadas condiciones de contorno. Las ecuaciones de Navier-Stokes son un sistema de cinco ecuaciones en derivadas parciales no lineales que representan el movimiento de un fluido continuo. La MFC es la forma de encontrar numéricamente una solución a las ecuaciones de Navier-Stokes. Para realizar la simulación numérica del flujo de aire a través de la cavidad nasal, se ha realizado un modelo físico de aparato respiratorio y de nariz. A partir del modelo físico se desarrolla un modelo tridimensional para el estudio del flujo aéreo a través de la cavidad nasal. Este modelo numérico será implementado en dos códigos de MFC, el FLUENT y el PowerFLOW. Para la realización del modelo numérico se ha definido la geometría de la cavidad nasal utilizando imágenes de TAC, se ha creado el volumen computacional y se ha elaborado el mallado; una vez discretizado el dominio geométrico, se han establecido las propiedades del fluido, se han impuesto las condiciones de contorno y se han ejecutado los casos, especificando las ecuaciones, los algoritmos y los parámetros de resolución. El modelo se ha validado con resultados experimentales. Se ha caracterizado el flujo aéreo a través de la cavidad nasal y se ha estudiado la influencia de la fase y del tipo de respiración, la influencia de la dilatación de la narina y la influencia de la existencia de una perforación septal, de su localización y de su tamaño. La fase de respiración influye en el patrón de flujo nasal, en inspiración se