Master's Thesis

Measurement and analysis of deposition of fibers from mineral wool in respiratory system

Final Thesis 3.64 MB

Author of thesis: Ing. Ondřej Hájek, Ph.D.

Acad. year: 2019/2020

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

Reviewer: Ing. Jakub Elcner, Ph.D.

Abstract:

This master thesis deals with inhalation of fine particles and fibres into human lungs. This is a scientific field where computer modelling is used to describe the movement of fibres and their deposition in the lungs. However, the results of these simulations must be verified experimentally. The prediction of fibres behaviour is important from a toxicology point of view where it is important to know deposition hot-spots and places where fibres could possibly cause problems. The review of the state-of-the-art is focused on the deposition of particles in human lungs followed with a chapter on fibre as a type of particle, and occupational exposure limits set by different world associations. The last theoretical chapter describes human lungs and its diseases which can evolve when limits for occupational exposure are not met. The experimental chapter consists of a description of the used experimental setup and results from an experiment together with a comparison of results with other similar experiments.

Keywords:

Fibres, glass wool, deposition, experiment, human lungs

Date of defence

15.07.2020

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval svoji DP práci. Byly přečteny posudky vedoucího a oponenta a položeny otázky oponenta. Student zodpověděl dotazy oponenta. V rozpravě k DP byly položeny studentovi tyto otázky: prof. Jícha se dotázal jak byl určen charakteristický rozměr (průměr) při výpočtu Stokesova čísla? prof. Jedelský se dotázal proč nebylo uvažováno s působením elektrostatických sil? prof. Jedelský se zeptal jaký je rozdíl mezi usazováním vláken a kulových částic? Student zodpověděl všechny dotazy.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechanical Engineering (M2I-P)

Field of study

Environmental Engineering (M-TEP)

Composition of Committee

doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Miroslav Jícha, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. (člen)
prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Bc. Jan Fišer, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Patočka, Ph.D. (člen)
Ing. Marian Formánek, Ph.D. (člen)

Pan Bc. Ondřej Hájek se začal své diplomové práci věnovat v ak. roce 2018/2019. Od samého začátku řešení svůj postup pravidelně konzultoval s vedoucím práce. Po celou dobu prokazoval chvályhodnou samostatnost a iniciativu. Velmi dobře zvládl studium odborné literatury v anglickém jazyce. Rešerši dosavadních znalostí o působení vláken na lidský organismus a zejména popis přístupů jednotlivých orgánů bezpečnosti práce a veřejného zdraví v různých zemích považuji za velmi zdařilé. Při provádění experimentů demonstroval student schopnost pečlivé vědecké práce v laboratoři. Také schopnost analyzovat vlastní výsledky hodnotím ve srovnání s ostatními studenty jako nadprůměrnou.
Text práce byl v hrubé podobě hotov v dostatečném předstihu před termínem, byť do posledních dní autor dolaďoval zejména jazykovou stránku práce.
Určitý prostor pro zlepšení by se dal najít v logickém uspořádání práce, nicméně věřím, že i v této oblasti se autor zlepší s přibývajícími napsanými odbornými texty.
Celkově práci považuji za zdařilou a hodnotím ji stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jakub Elcner, Ph.D.

Předložená diplomová práce si klade dva hlavní cíle. Zhodnotit na základě literární rešerše vliv vláken na lidské zdraví a zároveň provést experiment, který se pokusí zmapovat jejich usazování v horních dýchacích cestách a části tracheobronchiálního stromu. Tyto cíle tak dělí práci na dvě hlavní části, kdy rešeršní část tvoří první tři kapitoly a experimentální část je pak popsána od čtvrté kapitoly dále.
Autorovi se podařilo oba cíle naplnit, kdy rešeršní část prokazuje jeho schopnost nastudovat velké množství zahraniční literatury a interpretovat nabyté znalosti ve smyslu zadání. V experimentální části pak autor musel pracovat s měřicí tratí obsahující rozmanité přístroje bez jejichž ovládnutí by nebylo možno dosáhnout kýženého výsledku. Zároveň však autor bojoval s faktem, kdy vlivem problému s výplachovými filtry po analýze dvou ze 23 segmentů modelu, použitého během experimentu, nebylo možné použít výsledky dosažené v nosní dutině a průdušnici. Vzhledem k náročnosti celého procesu, a tudíž nemožnosti experiment opakovat, byl autor nucen analyzovat naměřená data na základě starších měření dosažených za podobných podmínek, což defacto rozšířilo oblast zadání a otestovalo schopnosti autora. Tento fakt se mi na práci velice líbil a dle mého názoru dodává práci nový rozměr.
Ačkoliv je z práce patrné, že autor ovládá schopnost analýzy literatury i naměřených dat na vysoké úrovni, mé hlavní výhrady směřují k interpretaci dosažených znalostí. Autor mohl dle mého názoru věnovat více času logickému uspořádání práce. Například uspořádání kapitol v rešeršní části práce a popisu experimentu mi přijde chaotické a řada jednoduchých pojmů je zbytečně řešena jako podkapitola. Experimentální část je pak pojata jako jeden velký popis experimentu, kdy podkapitoly jsou tvořeny dle aktuálního postupu prací během experimentu a v řadě případů dochází k situaci, kdy autor mluví o mechanismu, či přístroji, který popisuje až dále v textu, což může být pro neznalého čtenáře matoucí. Tento fakt částečně umocňuje i grafické pojetí práce, kdy v práci nejsou odděleny jednotlivé kapitoly pomocí zvětšeného řádkování a podkapitoly tak splývají v jeden text.
Jako drobné nedostatky bych uvedl případ, kdy schéma, na které je v kapitole s výsledky odkazováno, se týká starší verze modelu, který nebyl během práce použit. Bylo by vhodné uvést aktuální schéma, kde by byla řádně očíslována i část s nosní dutinou. U obr. 4.28 a 4.29 by pak bylo vhodné uvést číslování jednotlivých segmentů a zároveň proložit výsledný mrak bodů přímkou.
Celkově však je třeba uvést, že i přes tyto nedostatky práce může v budoucnu posloužit jako návod pro obsluhu zde uváděné měřicí trati, považuji ji za velmi zdařilou a hodnotím stupněm B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 3.) Obr. 4.24 na str. 59. Vysvětlete rozdíl mezi vašimi daty a daty z experimentu doktora Bělky, kdy jak hodnoty depoziční účinnosti, tak hodnoty Stokesova čísla se přibližně o jeden řád liší.
  2. 1.) Působí na sférickou částici i jiné síly než ty, uvedené v kapitole 2.2?
  3. 2.) Vysvětlete význam QAER – Průtok s částicemi a proč je jeho hodnota 1 l/min
  4. 4.) Z jakého důvodu byla použita varianta modelu s nádechem přes nosní dutinu?

Grade proposed by reviewer: B