Transport a depozice aerosolů v lidském dýchacím traktu jsou aktivní oblastí výzkumu.
Inhalace aerosolů je jednou z metod dodávání léčiv do lidského těla. Na druhé straně však
vdechovaný vzduch může obsahovat také škodlivé částice, jako jsou pevné prachové částice.
Kromě sférických aerosolů jsou zkoumány také vláknité částice. Díky svému nepravidelnému
tvaru mohou pronikat hlouběji do dýchacího systému a mohou být účinnější pro lékařské
účely. Nicméně jejich složitý tvar představuje výzvu pro simulace, protože odporová síla
závisí na aktuální orientaci částice vůči proudění. Navíc v oblasti bifurkací mají vláknité
částice tendenci měnit orientaci vůči proudění. Metoda Euler-Lagrange Euler-Rotation
(ELER) počítá pohyb částic pomocí Lagrangeovským přístupem a rotaci částic pomocí
Eulerových kinematických rovnic. Tyto rovnice jsou výpočetně náročnější než standardní
Lagrangeovský přístup metodou efektivního průměru, ale poskytují přesnější výsledky.
Hlavním cílem této práce bylo implementovat metodu ELER do Lattice Boltzmannov metod
(LBM), což je mezoskopický přístup modelující proudění kapalin na základě statistického
chování částic tekutiny. Tento integrovaný rámec byl následně aplikován na simulaci
transportu vláknitých částic v realistickém anatomickém modelu lidských dýchacích cest,
sahajícím až do sedmé generace větvení. Výsledky potvrdily, že použitá metoda ELER
poskytuje vyšší přesnost při predikci depozičních frakcí ve srovnání s přístupem založeným
na efektivním průměru, jak bylo ověřeno na základě experimentálních dat. Nicméně podrobná
analýza rotačního pohybu vláken pomocí vysokorychlostní kamery odhalila stále
přetrvávající nesrovnalosti. Jako jejich možný zdroj byly identifikovány asymetrické deformace
vláken, vzniklé během výrobního procesu, které byly pozorovány v experimentech.
Pro zohlednění těchto reálných tvarových změn byl navržen a implementován nový přístup
pro částice s nehomogenním rozložením hmotnosti. Zatímco bylo prokázáno, že tyto nehomogenity
významně ovlivňují rotační pohyb ve srovnání s homogenními částicemi, jejich
dopad na trajektorii a depozici částic byl méně výrazný. V důsledku toho bylo prokázáno,
že metoda ELER ve spojení s LBM je přesným nástrojem pro predikci klíčových depozičních
charakteristik v biomedicíně a dosahuje přesnějších výsledků než metoda efektivního
průměru. Určité nesrovnalosti v rotačním pohybu však zůstávají předmětem budoucího
výzkumu.