研究模型声乐折叠聚合物引起的三维流量分离

摘要

声乐折叠息肉会破坏声波折叠动力学，从而对患者的沟通能力产生毁灭性的影响。使用颗粒图像速度、皮肤摩擦线可视化和墙压测量来检查壁挂模型息肉引起的三维流量分离及其对墙压加载的影响。

摘要

对正常语音的流体结构能量交换过程进行了广泛的研究，但对病理条件却知之不周。息肉和结节是声乐褶皱中间表面形成的几何异常，它们会破坏声波折叠动力学，从而对患者的沟通能力产生毁灭性影响。我们的实验室报告了粒子图像速度 （PIV） 测量，对位于 体外 驱动声折叠模型中间表面的模型息肉进行了调查，结果表明，这种几何异常会大大破坏光子喷射行为。这种流场调整是息肉患者声乐质量严重下降的一个可能原因。更全面地了解几何突起（如声折叠息肉）对涡流结构的形成和传播，以及由此对驱动声乐折叠动力学的空气动力学负荷的影响，对于推进这种病理条件的治疗是必要的。目前的调查涉及壁挂式石板半球体引起的三维流分离，其横流的纵横比为2:1， 即 使用油膜可视化技术的模型声乐折叠息肉。使用皮肤摩擦线可视化和墙压测量检查不稳定、三维流量分离及其对墙压加载的影响。

引言

声乐折叠是横跨声乐气道的两个组织带。当达到关键的肺压时，会产生语音，通过被导引的声乐折叠迫使空气。声乐折叠由许多层组织组成，通常由简化的双层身体覆盖系统¹表示。细胞外基质，占覆盖层的大部分，由胶原蛋白和弹性蛋白纤维组成，提供非线性应力应变特性，这对声乐褶皱^1，2的正确运动很重要。空气动力将能量传授给声折叠的组织，激发自我维持的振荡^3。当声乐折叠振荡时，它们之间的开口，称为glottis，形成一个时空变化的孔，从收敛物过渡到制服，然后过渡到发散通道，然后关闭并重复周期^4，6。正常语音的振动频率通常分别跨越男性和女性的100-220赫兹，形成一个脉冲流场，通过glottis^7。对正常语音的流体结构能量交换过程^{进行了广泛的研究}。然而，对于某些病理学来说，这一过程的中断并不十分清楚。声乐折叠的病理条件可能导致其动态发生巨大变化，并影响产生语音的能力。

息肉和结核是声乐褶皱的中间表面形成的几何异常。这些异常会影响患者^{的沟通能力}。然而，直到最近，由于几何突起（如息肉）而中断了流^场。研究表明，语音的"正常"流体结构能量交换过程发生了巨大变化，流场的改变是息肉和结核患者声质严重下降的最可能原因。尚未对脉动流中的息肉的三维流分离产生的流动结构进行全面了解。息肉的涡流结构的生成和繁殖，以及它们随后对驱动声波折叠动力学的空气....

方案

在这项工作中，壁挂式质极球体， 即 模型声乐折叠息肉，位于吸力型风洞的测试区间地板上，收缩比为5:1。通过油流可视化、墙压测量和粒子图像速度测量，对不稳定的三维流量分离及其对墙面压力加载的影响进行调查。不稳定的压力测量是使用带有压生应力传感器的十六个通道扫描压力传感器获得的。压力传感器的频率响应为 670 Hz。不锈钢管积形成的静态压力水龙头位于模型声折叠息肉的上下游，便于表面压力测量，并缩短扫描压力装置的使用时间。油流可视化和表面压力测量不能同时获得，因为油会流入压力水龙头，导致污染。

下一节提供了在安装在壁上层的质黄层半球体周围设置和获取油膜可视化和表面压力测量的协议。虽然正在获取相平均和时间解决的粒子图像速度测量，但 PIV 采集不包括在此协议中。作者建议拉菲尔 等人引用这些建议。³⁶ 和阿德里安和韦斯特维尔³⁹ 深入了解 PIV 实验设置、数据采集和数据处理。

1. 生成突起（即型号聚合）

1. 构建具有所需几何形状的三维计算机辅助设计 （CAD） 模型。生成模型声乐折叠息肉作为一种质子半球体，长5.08厘米，宽2.54厘米，高1.27厘米。安装一个2.54厘米的方形底座，是0.64厘米厚的模型声乐折叠息肉的底部。此基础将用于将模型锚定到测试部分楼层。
2. 导出 3D CAD 模型作为立....

结果

先前使用 7.5 倍放大动态驱动声乐折叠模型的工作表明，几何突起、模型声乐折叠息肉的存在，在整个声循环中会破坏光子喷射的正常动态。先前驱动声乐折叠模型研究的代表性结果显示在 图 2 和 视频 2 中。该视频演示了驱动声乐折叠从收敛到发散几何形状的运动。声乐折叠模型动态驱动在1.67赫兹与雷诺兹号码995和斯特鲁哈尔号码1.9 x^10-2。数据是在息肉下游7.5毫米的横穿平面上获得的，使用相平均粒子图像速度^14。随着声折叠开始打开，形成了一个收敛通道，并形成了有利的压力梯度。流开始围绕模型息肉旋转接近开放阶段的末尾，当glottis处于最大宽度，声乐折叠处于平行配置，并进入结束阶段。两个反旋转涡流形成，如 图2b 和 2c所示。随着声乐折叠的关闭，流被迫围绕息肉和远离前后中线。正在进行的工作是研究壁挂式半球体在稳定和脉动交叉流动条件下的影响，而没有生理声乐折叠的额外复杂性。初步结果为2:1纵横比多石精半球:实验测试部分的示意图显示在 图 1 中<.......

讨论

了解几何突起中涡流结构的形成和传播及其随后对驱动声乐折叠动力学的空气动力学负荷的影响，对于提供洞察力和模型以推进声折叠息肉和结核的处理是必要的。在这个实验中，由模型息肉引起的空气动力学负荷的变化预计将有助于在息肉^13，41患者中观察到的不规则声折叠动力学。未来的工作包括利用粒子图像速度研究不稳定流量条件下的三维流量分离，并将结果与表面流可视化和表面压力数据相关联。

油流可视化是识别皮肤摩擦线、高低速区域等表面拓扑特征的有用有效技术。从表面流可视化中分离或连接线和节点的分类是构建基于临界点理论^24，40，42的复杂三维流的拓扑图（有时称为涡流骨架）的重要步骤。由于油流可视化主要是定性测量，因此油流可视化的定性结果必须与表面压力和 PIV 测量的定量结果相配。拓扑图的绘制有助于理解和识别三维流动结构，并将油流可视化结果与 PIV 测量结果联系起来。

油流可视化技术的局限性包括无法通过表面压力测量或粒子图像速度数据同时获取油流可视化数据，以及该技术跟踪不稳定流导致的临界点位置的不稳定和移动.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
快速原型制作器		Objet Objet24	托盘尺寸 （X xY x Z）：240 x 200 x 150 mm 构建层厚度 =  28 µM  精度 = 0.1 mm 构建分辨率：X 轴：600 dpi，Y 轴：600 dpi，Z 轴：900 dpi
快速原型制作器 模型材料	Objet	VeroWhite Plus Fullcure 835
快速原型制作器支撑材料	Objet	FullCure 705 支撑
墨粉	施乐
煤油	Sunnyside
婴儿油	约翰逊
的粘性纸	Con-Tact品牌		白色胶粘剂覆盖
Tygon Tubing	Tygon	PVC管	1/16英寸内径，3/16英寸外径
扫描仪（16通道）	Scanivalve	DSA3217	用于气体压力测量 压力范围= ±5 英寸 H2O 满量程精度 = ±0.3% 满量程精度。 最大扫描速率 = 500 Hz/通道
不锈钢管	Scanivalve	TUBN-063-1.0	直径 0.063 英寸，长度 1 英寸