Lower Airway Exposure to Particulate Emissions from Cooking Oil by a CT-Imaging Based 3D Printed Human Airway Model
Translated title
Lower Airway Expsoure to Particulate Emissions from Cooking Oil by a CT-Imaging Based 3D Printed Human Airway Model
Authors
Frandsen, Kirstine Meyer ; Hvelplund, Malthe Haahr
Term
4. term
Publication year
2018
Submitted on
2018-06-08
Pages
175
Abstract
Dette projekt undersøger, hvordan mennesker udsættes for partikler i de nedre luftveje ved hjælp af en anatomisk korrekt model. Modellen er udviklet ud fra CT-scanning af en mand og derefter 3D‑printet til forsøg; den samme geometri blev også brugt i numeriske CFD‑simuleringer (computational fluid dynamics, dvs. strømningsberegninger). I laboratoriet blev der testet fire forskellige madolier, som danner realistiske polydisperse partikler (en blanding af partikelstørrelser). Den 3D‑printede luftvejsmodel blev placeret tæt på kilden, og partikelkoncentrationen blev målt flere steder i et rent testrum med fortrængningsventilation. Målingerne kørte fra kilden blev aktiveret, til rummet igen nåede udgangsniveau. Resultaterne viste, at spidsværdierne for massekonsentration varierede op til en faktor fem mellem olietyper: olivenolie gav flest partikler, solsikkeolie færrest. Størrelsesfordelinger baseret på antalkoncentration var derimod meget ens mellem olierne og over tid. Derfor skyldes forskellene i massekonsentration sandsynligvis oliers røgpunkt snarere end partikelstørrelser. Spidskoncentrationerne blev næsten nået samtidig på tværs af målepunkter. Effekten af en termisk fane (varm opadgående luft) i åndingszonen blev undersøgt med en termisk manikin (opvarmet dukke, der efterligner kropsvarme). Her sås ingen forskel i massekonsentration, fordi en stærk termisk fane fra kilden dominerede. I de numeriske analyser blev der undersøgt regional afsætning af monodisperse partikler (én størrelse ad gangen). På grund af beregningsbegrænsninger blev der brugt stationære CFD‑simuleringer, altså en tidsuafhængig tilnærmelse. De fleste partikler afsattes i bronkierne (de forgrenede luftveje). Partikler i akkumulationsområdet (0,1–2,0 µm) havde den laveste afsætningsfraktion i de nedre luftveje, mens større aerodynamisk diameter (>2,0 µm) øgede afsætningen. Sammenligning af afsætningsfraktioner fra forsøg og simulationer viste stor afvigelse, hvilket tilskrives forskellige indstillinger og antagelser. Samlet set giver studiet ny viden om både eksponering for og optag af partikler og kan understøtte udvikling af metoder, der mindsker de negative sundhedseffekter af indendørs emissioner.
This project explores how people are exposed to particles in the lower airways using an anatomically accurate model. The model was built from a CT scan of a male subject and 3D‑printed for experiments; the same geometry was used for numerical CFD simulations (computational fluid dynamics). In the lab, four cooking oils were tested because they generate realistic polydisperse particles (a mix of sizes). The 3D‑printed airway model was placed near the emission source, and particle concentrations were measured at several locations in a clean test room with displacement ventilation. Measurements ran from when the source was activated until the room returned to baseline. Peak mass concentrations differed by up to a factor of five across oils: olive oil produced the most particles, sunflower oil the least. Size‑resolved number distributions were very similar across oils and over time, indicating that mass differences were more likely due to oil smoke points than to particle size. Peak concentrations were reached almost simultaneously at different measurement points. The effect of a thermal plume (rising warm air) in the breathing zone was tested with a thermal manikin (a heated, human‑like dummy). No difference in mass concentration was observed because the source’s much stronger thermal plume dominated. Numerical analyses examined regional deposition of monodisperse particles (one size at a time). Due to computational limits, steady‑state CFD was used, providing a time‑independent snapshot. Most particles deposited in the bronchi (the branching airways). Accumulation‑mode particles (0.1–2.0 µm) had the lowest deposition fraction in the lower airways, while larger aerodynamic diameters (>2.0 µm) led to higher deposition. Deposition fractions from experiments and simulations differed markedly, attributed to different parameter settings and assumptions. Overall, the study advances understanding of both exposure and intake of particles and can inform future strategies to reduce the health impacts of indoor emissions.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents