Airflow inside of a passenger car

V této bakalářské práci jsou popsány způsoby přívodu vzduchu do kabiny automobilu. Přívod vzduchu do kabiny se využívá především k větrání, ale také k vytápění nebo k chlazení prostoru v automobilu. Objasněním tohoto jevu se zabývá přiložená práce, v níž je uveden mj. princip proudění vzduchu v automobilu, různé druhy topných a klimatizačních systémů. Součástí bakalářské práce je také praktická část, ve které byl sledován průběh teploty a rychlosti proudění v kabině automobilu.This bachelor thesis deals with hearting, air-conditioning, air distribution and airflow in a cabin of a passenger car. Ventilation of the cabin is needed for acceptable level of indoor air quality. The air supplied into the cabin is conditioned by heating or air conditioning system in order to achieve an appropriate level of thermal comfort of the passengers. Various arrangements of automotive heating and air-conditioning systems are described in the thesis. The thesis also includes the description and results of a set of measurements of air temperatures and air velocities inside of a passenger car cabin.

Deposition of environmental dust particles

Těžiště práce je ve vyhodnocení depozice vláknových aerosolů v dýchacím traktu člověka. Vlákna mají schopnost pronikat hlouběji do plic a způsobovat vážné zdravotní problémy. Součástí práce je i rozdělení aerosolů, základy anatomie plic a rešerše metod pro měření depozice se zaměřením na částice mikronové velikosti. Dále byl proveden experiment s usazováním vláknitého aerosolu v silikonovém modelu plic a vyhodnocení depoziční frakce a účinnosti. K vyhodnocení depozice byla použita nová metoda, která pracuje na principu zpracování obrazů z fázově-kontrastní mikroskopie. Výsledky nové metody byly porovnány s manuální metodou postupující podle metodiky NIOSH 7400.This work is aimed at deposition of fibers, which are able to penetrate deeper in the human respiratory airways and cause health hazards. Opening chapters are dedicated to classification of aerosols, human lung anatomy basics and methods for measurement of micrometer-sized aerosols. An experiment was carried out to investigate the deposition of fibers. Fibers were delivered into the silicon cast of the human airways and data of deposition fraction and efficiency were acquired. A new method was established to acquire the data. This method works on a principle of image analysis. Results of the new method were compared with a standard method, which follows a methodology NIOSH 7400.

Flow Behaviour of Inhaled Fibres – Equations of Motion and Preliminary Results of Real Trajectories Recorded by a High-Speed Camera

The ability to precisely predict the fate of inhaled fibres is important for toxicologists as well as for pharmaceutists struggling to utilize fibres as carriers of a medication. However, the complexity of fibre movement in human airways still represents a significant challenge for programmers of codes for simulation of fibre flow. This conference contribution introduces the theoretical equations of fibre motion which can be used for calculation of the fate of inhaled fibres, and also, in the second part, first results of high-speed camera recorded trajectories of fibres downstream of a realistic human airway bifurcation are presented as an illustration of the real behaviour of fibres in the lungs

Inhalers and nebulizers: basic principles and preliminary measurements

Inhalers are hand-held devices which are used for administration of therapeutic aerosols via inhalation. Nebulizers are larger devices serving for home and hospital care using inhaled medication. This contribution describes the basic principles of dispersion of aerosol particles used in various types of inhalers and nebulizers, and lists the basic physical mechanisms contributing to the deposition of inhaled particles in the human airways. The second part of this article presents experimental setup, methodology and preliminary results of particle size distributions produced by several selected inhalers and nebulizers

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

Quantification of airway deposition of aerosol particles is essential for the assessment of health risks of detrimental particles. Knowledge of deposition distribution is important also in the case of treatment with aerosolised drugs. It is also worth considering that deposition of inhaled particles in severe asthmatics can be different from the deposition in healthy subjects due to the modified breathing parameters, airway geometry and lobar flow distribution. The aim of this study was to apply combined experimental and numerical techniques to quantify the upper airway and bronchial deposition of the inhaled microparticles in healthy individuals in comparison with asthma patients. Idealised and realistic physical and digital replicas of the human airways were constructed. Deposition fractions and efficiencies of inhaled polydisperse mannitol and chitosan particles in different airway sections were measured and calculated. Deposition fraction of polydisperse mannitol particles in the idealised airway geometry assuming breathing conditions of healthy subjects was 21.9% and 18.3% when determined experimentally and by numerical simulations, respectively. Experimental measurements of deposition fraction of chitosan particles in the same geometry, but assuming breathing parameters characteristic of severe asthmatics yielded 32%, while simulations provided 30.1% for the same conditions. Extrathoracic deposition fraction of mannitol particles in healthy subjects measured in the realistic geometry was 71.1%, while bronchial deposition fraction was 5.3%. The corresponding simulations yielded 76.2% and 8.9% deposition fractions in the upper and bronchial airways, respectively. There was a good agreement between the experimental and simulation deposition results also in the different predefined sections of the airways. Present pilot study proved that lobar flow redistribution due to severe asthma significantly modified the deposition distribution of micro-particles. Although the present results refer only to small groups of healthy and asthmatic individuals, it clearly demonstrates the capability of carefully validated models to simulate the deposition of micron-size particles in larger populations of both groups

In Vitro Study of the Effect of Particle Characteristics and Flow Rate on Regional Deposition in Human Airways

Dlouhodobé vdechování částic může přispívat ke vzniku nebo zhoršení nejrůznějších plicních onemocnění. Na druhou stranu, vdechování léčiv je často používanou metodou podávání léků proti astmatu a jiným nemocem dýchacího ústrojí. V obou případech je důležité dobře porozumět mechanismům, na jejichž základě funguje pohyb částic a jejich usazování v dýchacích cestách. Cílem této disertační práce bylo získat nová experimentální data depozice částic a analyzovat vliv tvaru částic a průtoku vzduchu na depozici. Byla studována depozice porézních a vláknitých částic v realistickém modelu dýchacích cest. Porézní částice byly vyrobeny různými metodami, např. sprejovým sušením nebo metodou krystalizace. Takto vyrobené částice byly použity při depozičních experimentech. Detekce částic byla provedena pomocí UV/VIS spektrofotometrie. Vláknitý aerosol byl vytvořen rozdrcením skelné vaty. Takto vzniklé vláknité částice byly několikrát prosety přes řadu sít a dále roztříděny podle délky pomocí klasifikátoru pracujícím na principu dielektroforézy. Následná depozice byla vyhodnocena použitím mikroskopie s fázovým kontrastem. Ke zrychlení analýzy byl vyvinut program, který dokáže na základě analýzy obrazu najít a spočítat vlákna. Výsledky experimentu byly použity k určení depozičních charakteristik. S jejich pomocí pak byl kvantifikován vliv tvaru částic a průtoku na míru usazování. Depoziční účinnost částic rostla v závislosti na Stokesově čísle, což poukazuje na vliv setrvačnosti při usazování částic. Bylo prokázáno, že depoziční účinnost porézních částic je podobná té u částic kulových při stejném Stokesově čísle. Vláknité částice se usazovali méně efektivně v porovnání s kulovými částicemi majícími stejné Stokesovo číslo. Jelikož byly okrajové podmínky dostatečně popsány a model plic je k dispozici i v digitální podobě, je možné data použít k validaci výsledků numerických simulací.Inhalation of airborne particulate matter can trigger or exacerbate pre–existing lung conditions. On the other hand, inhalation of aerosolized medicaments can be used for treatment of various respiratory or systemic diseases. In both cases, it is essential to comprehend the particle transport and subsequent deposition. The aim of this PhD thesis is to obtain new experimental data on particle deposition and elucidate the effect of particle shape and flow rate on deposition. The deposition of porous and fibrous particles in the realistic replica of human respiratory airways was studied. The porous particles were produced by various methods, such as spray–drying or liquid–liquid interface crystallization. The produced particles were introduced into the replica and the subsequent deposition was detected using spectrophotometry. The fibrous particles were produced by crushing glass wool material. To narrow the fiber size distribution, the resulting fibers were sieved and then classified according to their length using a dielectrophoretic classifier. The fiber deposition inside the replica was detected using phase–contrast microscopy. To speed–up this analysis, an in–house software based on image processing was developed. The results were utilized to calculate deposition characteristics. The deposition efficiency of both particle types increased with increasing Stokes number indicating a significant role of impaction. Comparing their deposition efficiency to that of spherical particles, porous particles exhibited similar deposition efficiencies, however, fibers deposited less efficiently than spherical particles having the same Stokes number. As the boundary conditions were sufficiently described and the replica is available in a digital format, the data can be also employed in validation of numerical simulations.

In Vitro Study of the Effect of Particle Characteristics and Flow Rate on Regional Deposition in Human Airways

Dlouhodobé vdechování částic může přispívat ke vzniku nebo zhoršení nejrůznějších plicních onemocnění. Na druhou stranu, vdechování léčiv je často používanou metodou podávání léků proti astmatu a jiným nemocem dýchacího ústrojí. V obou případech je důležité dobře porozumět mechanismům, na jejichž základě funguje pohyb částic a jejich usazování v dýchacích cestách. Cílem této disertační práce bylo získat nová experimentální data depozice částic a analyzovat vliv tvaru částic a průtoku vzduchu na depozici. Byla studována depozice porézních a vláknitých částic v realistickém modelu dýchacích cest. Porézní částice byly vyrobeny různými metodami, např. sprejovým sušením nebo metodou krystalizace. Takto vyrobené částice byly použity při depozičních experimentech. Detekce částic byla provedena pomocí UV/VIS spektrofotometrie. Vláknitý aerosol byl vytvořen rozdrcením skelné vaty. Takto vzniklé vláknité částice byly několikrát prosety přes řadu sít a dále roztříděny podle délky pomocí klasifikátoru pracujícím na principu dielektroforézy. Následná depozice byla vyhodnocena použitím mikroskopie s fázovým kontrastem. Ke zrychlení analýzy byl vyvinut program, který dokáže na základě analýzy obrazu najít a spočítat vlákna. Výsledky experimentu byly použity k určení depozičních charakteristik. S jejich pomocí pak byl kvantifikován vliv tvaru částic a průtoku na míru usazování. Depoziční účinnost částic rostla v závislosti na Stokesově čísle, což poukazuje na vliv setrvačnosti při usazování částic. Bylo prokázáno, že depoziční účinnost porézních částic je podobná té u částic kulových při stejném Stokesově čísle. Vláknité částice se usazovali méně efektivně v porovnání s kulovými částicemi majícími stejné Stokesovo číslo. Jelikož byly okrajové podmínky dostatečně popsány a model plic je k dispozici i v digitální podobě, je možné data použít k validaci výsledků numerických simulací

Replication of Pressure Swirl Atomizer by 3D Printing and Influence of Surface Roughness on the Atomization Quality

The replication of atomizers by 3D printing technology is a new approach of producing the pressure swirl atomizers. The surface roughness of 3D printed products and manufacturing accuracy of the 3D printing process influence the atomization of the liquid. The high-speed visualization of a spray, produced by scaled 3D printed atomizer, was performed. The spray stability, cone angle and breakup length were determined. Scaled 3D printed atomizers were tested at equivalent pressures of 0.25, 0.5 and 1 bar. Non-dimensionless parameter, Reynolds number, was preserved for the scaled atomizer. The effect of the surface roughness of the tangential ports, swirl chamber and discharge orifice on atomization was assessed at non-scaled pressure swirl atomizer. The roughness of a swirl chamber was created by corundum and ballotin blasting. The inlet pressures of 2.5, 5 and 10 bar were tested