Vliv okrajových podmínek na proudění v modelu horního dýchacího traktu

The influence of boundary conditions to the flow through model of upper part of human respiratory system

conference paper

en

Respiratory system represents relatively large system of gradually branching channels which can be hardly solved by numerical simulations. Nowadays, research in this area is focused to solve problems in selected parts of respiratory tract rather than whole system. This simplification comes with problem of accurate assessment of boundary conditions on model geometry. Geometry used on Department of Thermomechanics and Environmental Engineering on Brno University of Technology consists of mouth cavity, larynx, trachea and bronchial tree up to seventh generation of branching. This article is focused on comparison of two different settings of boundary conditions steady inspiration during light activity regime. First set of boundary conditions represents commonly used setting with zero pressure resistance on outlet from the model and second method deals with more realistic assumption, where incomplete 3D geometry is coupled with the rest of bronchial tree described by 1D equations and also correlated by the amount of air, which flows in specific lung lobe. The article observed differences in individual mass flow through the model branches under different conditions and its influence on the flow structures.

Dýchací trakt představuje poměrně rozlehlý systém postupně se větvících kanálů, který je velice obtížné modelovat v celém rozsahu a v současné době je výzkum v této oblasti zaměřen pouze na část dýchacího systému než na celek. Tento nedostatek sebou přináší problém v podobě přesného stanovení okrajových podmínek. Model vytvořený na Odboru termomechaniky a techniky prostředí VUT v Brně sestává z ústní dutiny, trachey a bronchiálního stromu do sedmé generace větvení a tento článek je zaměřený na porovnání dvou druhů nastavení okrajových podmínek při stacionárním nádechu během dýchání v klidovém režimu. První nastavení odpovídá obecně používané metodě okrajových podmínek s nulovým tlakovým odporem na výstupu z modelu a druhá metoda předpokládá realističtější rozdělení, kdy každé okrajové podmínce na výstupu vzduchu z modelu je předepsána hodnota předpokládaného tlakového odporu zbytku bronchiálního stromu, vypočtená za předpokladu symetrického dělení větví v každé generaci. Během výpočtu jsou sledovány hodnoty hmotnostního toku vstupující do jednotlivých částí modelu a na základě jejich srovnání je dokázána potřebnost výpočtu s realistickými okrajovými podmínkami.

Respiratory system represents relatively large system of gradually branching channels which can be hardly solved by numerical simulations. Nowadays, research in this area is focused to solve problems in selected parts of respiratory tract rather than whole system. This simplification comes with problem of accurate assessment of boundary conditions on model geometry. Geometry used on Department of Thermomechanics and Environmental Engineering on Brno University of Technology consists of mouth cavity, larynx, trachea and bronchial tree up to seventh generation of branching. This article is focused on comparison of two different settings of boundary conditions steady inspiration during light activity regime. First set of boundary conditions represents commonly used setting with zero pressure resistance on outlet from the model and second method deals with more realistic assumption, where incomplete 3D geometry is coupled with the rest of bronchial tree described by 1D equations and also correlated by the amount of air, which flows in specific lung lobe. The article observed differences in individual mass flow through the model branches under different conditions and its influence on the flow structures.

CFD, Plíce, Proudění

CFD, Lung, Airflow

2013

19.11.2013

EDP Sciences

Liberec

978-80-260-5375-0

2100-014X

EPJ Web of Conferences

67

1

1–4

4