, Volume 76, Issue 1-2, pp 33-39
Date: 24 Apr 2012

Flow characteristics of the nasal cavity

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Abstract

In the human nasal cavity the flow reciprocates carrying oxygen, carbon dioxide, humidity, internal energy and particles. Thus the nose is a multi functional organ of a very complex structure. In order to understand the flow as the basis of all functions two different measurements may be considered. One is local inside the cavity, the other is integral between inlet and outlet of the cavity. This work focuses on the integral pressure/flow rate relationship as function of time. We collect data from test persons and also data from 1:1 models which are build by rapid prototyping in a new segmented fashion. It is shown that the pressure/flow rate relationship follows always a polynomial of second order which is physically justifiable. The flexibility of the nasal cavity is demonstrated by using spray and strips. We find considerable effects on the pressure/flow rate relationship. The new technique of segmented models allows to see how the pressure loss distributes over the cavity. Working with model and physiological reality teaches the engineer a lesson: reproducibility is not reality.

Zusammenfassung

Die pulsierende Strömung in der menschlichen Nasenhöhle transportiert Sauerstoff, Kohlendioxid, Feuchtigkeit, innere Energie und Partikel. So gesehen ist die Nase ein Multifunktionsorgan mit sehr komplexer Struktur. Um die Strömung als Basis aller Funktionen zu verstehen, gibt es zwei verschiedene Messansätze. Die eine ist lokal innerhalb der Nasenhöhle, die andere ist integral zwischen Einlass und Auslass. Diese Arbeit versucht die integrale Druck/Volumenstrom Beziehung als Funktion der Zeit zu bestimmen. Wir gewinnen Daten von Testpersonen und auch Daten von 1:1 Modellen, die in segmentierter Weise durch Rapid-Prototyping hergestellt werden. Es wird gezeigt, dass die Druck/Volumenstrom Beziehung immer einem Polynom zweiter Ordnung folgt, was physikalisch erklärbar ist. Die Verformbarkeit der Nasenhöhle wird durch den Einsatz von Spray und Klebestreifen demonstriert. Dabei werden erhebliche Einflüsse auf die Druck/Volumenstrom Beziehung gefunden. Die neue Technik des segmentierten Modells macht die Druckverteilung über der Nasenhöhle deutlich. Die Arbeit mit Modell und physiologischer Realität lehrt den Ingenieur: Reproduzierbarkeit ist nicht die Realität.