Přístupnostní navigace
E-application
Search Search Close
Project detail
Duration: 01.01.2018 — 31.12.2020
Funding resources
Czech Science Foundation - Standardní projekty
- whole funder (2018-01-01 - 2020-12-31)
On the project
Znalost mechaniky transportu vláken v minikanálech je podstatná v mnoha oborech od průmyslu po lékařství. Tento projekt je zaměřen na výzkum transportu vláken v podmínkách lidských plic. Ačkoli většina předchozích studií se zabývala sférickými částicemi, mnohem větší riziko pro lidský organismus představují inhalovaná vlákna, neboť ta dokážou odolat přirozeným samočistícím mechanismům plic a způsobit vážné zdravotní následky. Účelem projektu je objasnit vliv nestacionárního proudění na transport vláken v tracheobronchiálních cestách s využitím kombinace výpočtové mechaniky tekutin a experimentálního přístupu. Orientace vláken po průchodu bifurkací bude analyzována pomocí rychlokamery a výsledky budou statisticky zpracovány a porovnány s numerickou simulací. Dále bude provedena simulace proudění a usazování vláken v modelu lidských plic do sedmého větvení. Její výsledky budou validovány na základě experimentů s využitím klasifikátoru vláken a realistického fyzického modelu lidských plic. Na závěr budou empiricky určeny rovnice pro výpočet lokální depozice vláken.
Description in EnglishKnowing the mechanics of fiber transport in mini-channels is essential in many fields ranging from industry to medicine. This project is focused on the research of fiber transport under conditions existing in human lungs. While most of the previous studies focused on spherical particles, the human exposure to fibers is considered to be a higher health risk, as they resist the natural clearance mechanisms of lungs and can cause extensive damage. The purpose of the work is to elucidate the influence of non-stationary flow on the transport of fibers in tracheobronchial airways using a combination of computational fluid dynamics and experimental approach. The orientation of the fibers downstream of a bifurcation will be analyzed using a high-speed camera. The results will be compared with a numerical simulation. Besides, a simulation of flow and deposition of fibers will be performed on a realistic model of lungs. Its results will be validated using experiments on a realistic human airway replica. Eventually, equations for prediction of localized fiber deposition will be provided.
Keywordsvýpočtové modelování;aerosoly;RANS modely; experiment; vlákna;nestacionární proudění
Key words in Englishcomputational modeling, aerosols, RANS models, experiment, fibers, non-stationary flow
Mark
GA18-25618S
Default language
Czech
People responsible
Lízal František, doc. Ing., Ph.D. - principal person responsible
Units
Energy Institute- responsible department (2017-03-31 - not assigned)Dept. of Thermodynamics and Environmental Engineering- beneficiary (2018-01-01 - 2020-12-31)
Results
LÍZAL, F.; MALÝ, M.; ELCNER, J.; FARKAS, Á.; PECH, O.; MIŠÍK, O.; JEDELSKÝ, J.; JÍCHA, M. Dielectrophoretic classification of fibres: principles and application to glass fibres suspended in air. In EPJ Web of Conferences. EPJ Web of Conferences. E D P SCIENCES, 2018. p. 1-4. ISSN: 2100-014X.Detail
LÍZAL, F.; CABALKA, M.; MALÝ, M.; ELCNER, J.; BĚLKA, M.; LÍZALOVÁ ŠUJANSKÁ, E.; FARKAS, Á.; ŠTARHA, P.; PECH, O.; MIŠÍK, O.; JEDELSKÝ, J.; JÍCHA, M. On the behavior of inhaled fibers in a replica of the first airway bifurcation under steady flow conditions. AEROSOL SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2022, vol. 56, no. 4, p. 367-381. ISSN: 0278-6826.Detail
LÍZAL, F.; ELCNER, J.; JÍCHA, M.; JEDELSKÝ, J. Experimental base for validation of air flow and aerosol transport simulations in human airways and their replicas. SCONA Congress 2018 - Society for Computational fluid dynamics Of the Nose and Airway, London, UK. London, UK: 2018. p. 1 (1 s.).Detail
LÍZAL, F.; BĚLKA, M.; ELCNER, J.; JEDELSKÝ, J.; MIŠÍK, O.; TUHOVČÁK, J.; JÍCHA, M. Deposition of length-classified glass fibers in a replica of human airways. International Aerosol Conference 2018, St. Louis, USA. St. Louis, USA: AAAR, 2018. p. 1 (1 s.).Detail
ELCNER, J.; LÍZAL, F.; JEDELSKÝ, J.; TUHOVČÁK, J.; JÍCHA, M. Laminar-turbulent transition in a constricted tube: Comparison of Reynolds-averaged Navier–Stokes turbulence models and large eddy simulation with experiments. Advances in Mechanical Engineering, 2019, vol. 11, no. 5, p. 1-17. ISSN: 1687-8140.Detail
FARKAS, Á.; LÍZAL, F.; ELCNER, J.; JEDELSKÝ, J.; JÍCHA, M. Numerical simulation of fibre deposition in oral and large bronchial airways in comparison with experiments. JOURNAL OF AEROSOL SCIENCE, 2019, vol. 136, no. 0, p. 1-14. ISSN: 0021-8502.Detail
LÍZAL, F.; ELCNER, J.; JEDELSKÝ, J.; FARKAS, Á.; MALÝ, M.; PECH, O.; MIŠÍK, O.; JÍCHA, M. Experimental and computational modelling of flow of fibres in human airways. JOURNAL OF AEROSOL MEDICINE AND PULMONARY DRUG DELIVERY. 22nd Congress of International Society for Aerosols in Medicine e.V., Montreux, Switzerland: MARY ANN LIEBERT, INC, 2019. p. 1 (1 s.). ISSN: 1941-2711.Detail
LÍZAL, F.; MALÝ, M.; CABALKA, M.; LÍZALOVÁ ŠUJANSKÁ, E.; FARKAS, Á.; ŠTARHA, P.; KEDAJOVÁ, K.; MIŠÍK, O.; PECH, O.; JEDELSKÝ, J.; JÍCHA, M. Visualization of the flow of micrometre-sized glass fibres in a replica of the human trachea. Proceedings of the International conference Experimental Fluid Mechanics 2019. Františkovy Lázně (Franzensbad): Experimental Fluid Mechanics 2019, 2019.Detail
VOLAVÝ, J.; FARKAS, Á.; LÍZAL, F.; ELCNER, J.; JÍCHA, M. Study of fibre movement in a bifurcation. Proceedings of the International conference Experimental Fluid Mechanics 2019. Františkovy Lázně (Franzensbad): Experimental Fluid Mechanics, 2019.Detail
LÍZAL, F. Experimental methods applicable in research of flow and aerosol deposition in human airways and their replicas. Athens, Greece: The SimInhale International Conference: International Conference on Current Challenges and Future Opportunities for Inhalation Therapies., 2019.Detail
LÍZAL, F.; CABALKA, M.; MALÝ, M.; FARKAS, Á.; BĚLKA, M.; ŠTARHA, P.; JEDELSKÝ, J.; JÍCHA, M. Measurement of orientation of fibres in a simplified replica of human trachea under steady conditions. PROCEEDINGS OF 20TH ANNUAL CONFERENCE OF THE CZECH AEROSOL SOCIETY. Velké Bílovice: Czech Aerosol Society, 2019. ISBN: 978-80-270-6416-8.Detail
LÍZAL, F. Modelování dýchacích cest jako nástroj pro účinnější inhalační léčbu. Přednáška na akci Pokroky ve farmaceutické technologii organizovaná VFU v Brně.: 2019.Detail
ELCNER, J.; VOLAVÝ, J.; FARKAS, Á.; LÍZAL, F.; JÍCHA, M. Lagrangian tracking of fibrous aerosols for prediction of deposition in human airways. European Aerosol Conference 2019, Gothenburg, Sweden. Goteborg, Švédsko: 2019.Detail
MIŠÍK, O.; LÍZAL, F.; MALÝ, M.; KARAS, J.; JEDELSKÝ, J.; JÍCHA, M. In-vitro measurement of aerosol generated by Respimat SMI penetrating through upper airways. Františkovy Lázne: 2019. p. 1-4.Detail
FARKAS, Á.; LÍZAL, F.; JEDELSKÝ, J.; ELCNER, J.; KARAS, J.; BĚLKA, M.; MIŠÍK, O.; JÍCHA, M. The role of the combined use of experimental and computational methods in revealing the differences between the micron -size particle deposition patterns in healthy and asthmatic subjects. JOURNAL OF AEROSOL SCIENCE, 2020, vol. 147, no. 1, p. 1-16. ISSN: 0021-8502.Detail
LÍZAL, F.; ELCNER, J.; JEDELSKÝ, J.; MALÝ, M.; JÍCHA, M.; FARKAS, Á.; BĚLKA, M.; REHAK, Z.; ADAM, J.; LÁZŇOVSKÝ, J.; KAISER, J.; BŘÍNEK, A.; ZIKMUND, T. The effect of oral and nasal breathing on the deposition of inhaled particles in upper and tracheobronchial airways. JOURNAL OF AEROSOL SCIENCE, 2020, vol. 150, no. 105649, p. 1-23. ISSN: 0021-8502.Detail
BĚLKA, M.; FARKAS, Á.; LÍZAL, F.; ELCNER, J.; JEDELSKÝ, J.; JÍCHA, M. Experimental and numerical investigation of fibre deposition in human respiratory airways. Cáchy, Německo: GAEF, Kolín, Německo, 2020. p. 1 (1 s.).Detail
LÍZAL, F.; BĚLKA, M.; MALÝ, M.; CABALKA, M.; JEDELSKÝ, J.; JÍCHA, M. Flow Behaviour of Inhaled Fibres – Equations of Motion and Preliminary Results of Real Trajectories Recorded by a High-Speed Camera. MATEC Web of Conferences. Piešťany: EDP Sciences, 2020. p. 1-4. ISSN: 2261-236X.Detail
MIŠÍK, O.; MALÝ, M.; LÍZAL, F. The particle size distribution of aerosol generated by Respimat SoftMist Inhaler. 2020. p. 1 (1 s.).Detail
NIKOLAOU, M; AVRAAM, K; KOLOKITHAS-NTOUKAS, A; BAKANDRITSOS, A; LIZAL, F; MISIK, O; MALY, M; JEDELSKY, J; SAVVA, I; BALANEAN, F; KRASIA-CHRISTOFOROU, T. Superparamagnetic electrospun microrods for magnetically-guided pulmonary drug delivery with magnetic heating. Materials Science and Engineering C-Materials for Biological Applications, 2021, vol. 126, no. 112117, p. 1-11. ISSN: 0928-4931.Detail
VOLAVÝ, J.; FARKAS, Á.; LÍZAL, F.; ELCNER, J.; JÍCHA, M. Lagrangian tracking of fibres in a channel flow. In EPJ Web of Conferences. EPJ Web of Conferences. EDP Sciences, 2018. p. 1-4. ISSN: 2100-014X.Detail