Measurement and computational simulation of transport of fibrous aerosols in high velocity gradient flow and interaction of fibres with a wall
Project goals
Elucidation of the transport of fibrous aerosols and the ability to precisely model the fibre-wall interaction is needed for both, research of the toxic effects of inhaled fibres, and future utilization of biodegradable fibres as drug carriers. The project will focus within the experimental part on 1) the measurement of deposition of micron-sized fibres in high velocity gradient flow in bifurcating tubes simulating human airways. The measurement will be performed for transient cyclic flow on the replica of airways with 7 generations of branching. 2) Interaction of fibres with a wall covered by a liquid film. 3) Acquisition of data on the orientation of fibres in high velocity gradient areas. Simultaneously, the CFD models will be developed: computationally less demanding Euler-Lagrange approach with the implementation of experimentally acquired data on the orientation of fibres for calculation of the drag force (using Tran-Cong model) on the whole replica; and more demanding Discrete Element Method on a single bifurcation model. CFD calculations will be validated experimentally.
Keywords
fibresfibrous aerosolsfiber depositionlung modelexperimentcomputational simulation
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
SGA0202200004
Main participants
Vysoké učení technické v Brně / Fakulta strojního inženýrství
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
22-20357S
Alternative language
Project name in Czech
Měření a počítačová simulace transportu vláknitých aerosolů v proudění s vysokými gradienty rychlosti a interakce vláken se stěnou
Annotation in Czech
Objasnění transportu vláknitých aerosolů a schopnost přesně modelovat interakci vláken se stěnou je potřebná jak pro výzkum toxických účinků vdechovaných vláken, tak pro budoucí využití biodegradabilních vláken jako nosičů léčiv. Projekt se v experimentální části zaměří na: 1) měření depozice vláken mikrometrových rozměrů v prostředí s vysokými gradienty rychlosti ve větvících se kanálech, které simulují lidské plíce. Měření bude provedeno pro transientní, cyklické proudění na replice plic se 7 rozvětveními. 2) Interakci vláken se stěnou pokrytou kapalným filmem. 3) Získání dat o orientaci vláken v oblastech vysokých rychlostních gradientů. Současně budou vyvíjeny CFD modely: výpočetně méně náročný přístup Euler-Lagrange, s implementací experimentálně získaných dat o orientaci vláken pro výpočet odporové síly částice (Tran Cong model) na celém modelu plic; a náročnější Discrete Element Method na modelu zjednodušené bifurkace. CFD výpočty budou validovány pomocí experimentů s využitím rychlokamery a softwaru pro analýzu obrazových záznamů vláken.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
OECD FORD - main branch
30305 - Occupational health
OECD FORD - secondary branch
20301 - Mechanical engineering
OECD FORD - another secondary branch
—
AQ - Safety and health protection, safety in operating machinery
JR - Other machinery industry
JT - Propulsion, engines and fuels
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2022
Realization period - end
Dec 31, 2024
Project status
—
Latest support payment
Feb 29, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GA-R
Data delivery date
Mar 12, 2025
Finance
Total approved costs
7,512 thou. CZK
Public financial support
7,512 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Recognised costs
7 512 CZK thou.
Public support
7 512 CZK thou.
0%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Occupational health
Solution period
01. 01. 2022 - 31. 12. 2024