Predicción del proceso de atomización en inhaladores de niebla suave Respimat utilizando un modelo de volumen de fluido a fase discreta
Autores: Sperry, Ted; Feng, Yu
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Predicción del proceso de atomización en inhaladores de niebla suave Respimat utilizando un modelo de volumen de fluido a fase discreta
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Atomización
Inhaladores de niebla suave Respimat
Modelo vof-to-dpm
Chorros líquidos en colisión
Gotas aerosolizadas
Tensión superficial
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio investiga el proceso de atomización en Inhaladores de Vapor Suave Respimat (SMIs) utilizando un Modelo de Volumen de Fluido (VOF) a Modelo de Fase Discreta (DPM) validado para simular la transición de chorros líquidos en colisión a gotas aerosolizadas. Los parámetros clave, incluyendo la velocidad de entrada de los chorros en colisión, la tensión superficial y la viscosidad del líquido, fueron variados sistemáticamente para analizar su impacto en la atomización, es decir, las distribuciones de tamaño de gotas aerosolizadas. Los resultados de la simulación VOF a DPM indican que velocidades de entrada de chorros más altas mejoran la fragmentación de los ligamentos, produciendo gotas más finas y uniformes mientras se reduce la masa total de gotas atomizadas. La relación entre la tensión superficial y el rendimiento de la atomización en la atomización de chorros en colisión no es monótona. Reducir la tensión superficial desempeña un papel dual complejo en el proceso de atomización. Por un lado, una menor tensión superficial aumenta la probabilidad de la ruptura del chorro líquido en una lámina líquida, lo que conduce a la formación de ligamentos más pequeños bajo las mismas condiciones de flujo de aire y fuerzas de corte. Esto aumenta la probabilidad de generar más gotas secundarias. Por otro lado, la reducción de la tensión superficial también desestabiliza la forma de la superficie líquida, disminuyendo la formación de gotas finas y de alta esfericidad en regímenes donde la tensión superficial es una fuerza dominante. La viscosidad también influye en la atomización a través de mecanismos complejos, es decir, una viscosidad más baja reduce la resistencia a la ruptura de los ligamentos pero promueve las interacciones y la coalescencia de gotas, mientras que una viscosidad más alta suprime la fragmentación de los ligamentos, generando gotas más grandes y reduciendo la eficiencia de la atomización. El marco VOF a DPM validado proporciona conocimientos críticos para mejorar el rendimiento y la eficiencia de las terapias de inhalación. El trabajo futuro incorporará la geometría de la boquilla, los ángulos de impacto del chorro y los efectos de los surfactantes para comprender y optimizar mejor el proceso de atomización en SMIs, centrándose en lograr distribuciones de tamaño de gotas preferidas y dosis emitidas para una mayor eficiencia en la entrega de medicamentos en los sistemas respiratorios humanos.
Descripción
Este estudio investiga el proceso de atomización en Inhaladores de Vapor Suave Respimat (SMIs) utilizando un Modelo de Volumen de Fluido (VOF) a Modelo de Fase Discreta (DPM) validado para simular la transición de chorros líquidos en colisión a gotas aerosolizadas. Los parámetros clave, incluyendo la velocidad de entrada de los chorros en colisión, la tensión superficial y la viscosidad del líquido, fueron variados sistemáticamente para analizar su impacto en la atomización, es decir, las distribuciones de tamaño de gotas aerosolizadas. Los resultados de la simulación VOF a DPM indican que velocidades de entrada de chorros más altas mejoran la fragmentación de los ligamentos, produciendo gotas más finas y uniformes mientras se reduce la masa total de gotas atomizadas. La relación entre la tensión superficial y el rendimiento de la atomización en la atomización de chorros en colisión no es monótona. Reducir la tensión superficial desempeña un papel dual complejo en el proceso de atomización. Por un lado, una menor tensión superficial aumenta la probabilidad de la ruptura del chorro líquido en una lámina líquida, lo que conduce a la formación de ligamentos más pequeños bajo las mismas condiciones de flujo de aire y fuerzas de corte. Esto aumenta la probabilidad de generar más gotas secundarias. Por otro lado, la reducción de la tensión superficial también desestabiliza la forma de la superficie líquida, disminuyendo la formación de gotas finas y de alta esfericidad en regímenes donde la tensión superficial es una fuerza dominante. La viscosidad también influye en la atomización a través de mecanismos complejos, es decir, una viscosidad más baja reduce la resistencia a la ruptura de los ligamentos pero promueve las interacciones y la coalescencia de gotas, mientras que una viscosidad más alta suprime la fragmentación de los ligamentos, generando gotas más grandes y reduciendo la eficiencia de la atomización. El marco VOF a DPM validado proporciona conocimientos críticos para mejorar el rendimiento y la eficiencia de las terapias de inhalación. El trabajo futuro incorporará la geometría de la boquilla, los ángulos de impacto del chorro y los efectos de los surfactantes para comprender y optimizar mejor el proceso de atomización en SMIs, centrándose en lograr distribuciones de tamaño de gotas preferidas y dosis emitidas para una mayor eficiencia en la entrega de medicamentos en los sistemas respiratorios humanos.