Detail projektu

Výzkum účinku nestacionárního proudění na transport vláken v postupně se větvících minikanálech

Období řešení: 01.01.2018 — 31.12.2020

Zdroje financování

Grantová agentura České republiky - Standardní projekty

- plně financující (2018-01-01 - 2020-12-31)

O projektu

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.

Popis anglicky
Knowing 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.

Klíčová slova
výpočtové modelování;aerosoly;RANS modely; experiment; vlákna;nestacionární proudění

Klíčová slova anglicky
computational modeling, aerosols, RANS models, experiment, fibers, non-stationary flow

Označení

GA18-25618S

Originální jazyk

čeština

Řešitelé

Lízal František, doc. Ing., Ph.D. - hlavní řešitel

Útvary

Energetický ústav
- odpovědné pracoviště (31.03.2017 - nezadáno)
EÚ-odbor termomechaniky a techniky prostředí
- příjemce (01.01.2018 - 31.12.2020)

Výsledky

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

Odpovědnost: Lízal František, doc. Ing., Ph.D.