dc.contributor.advisor | Gao, Chao | |
dc.contributor.author | Herrmann, Ole Emil | |
dc.contributor.author | Meløysund, Alexander Norum | |
dc.date.accessioned | 2023-10-25T17:19:38Z | |
dc.date.available | 2023-10-25T17:19:38Z | |
dc.date.issued | 2023 | |
dc.identifier | no.ntnu:inspera:146039120:35444344 | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11250/3098770 | |
dc.description.abstract | I denne masteroppgaven brukes en utforskende metode for å adressere utfordringen med
å samle og transportere kondensert pust (EBC) effektivt i Inflammacheck®
pust-analysatoren. Denne enheten, som er utviklet av Zimmer og Peacock, benyttes til
noninvasiv overvåking av luftveisforhold gjennom analyse av EBC. I starten av
oppgaven gjennomgås ulike krefter og fenomener for å finne hensiktsmessige mekanismer
for oppbevaring og frigjøring av væske. Gjennom denne prosessen blir det tydelig at det
er kritisk å forstå balansen mellom gravitasjon og overflatespenning, og oppgaven
konsentrerer seg om hvordan geometriske parametere og materialeegenskaper påvirker
disse kreftene.
Et ”Timeglass-konsept” er skapt med dette fokuset, som drar nytte av kapillærkrefter
i kanaler med både innsnevrende og utvidende geometri. Gjennom teoretiske modeller,
numeriske simuleringer og praktiske forsøk, oppnås en grunnleggende forståelse av hvordan
kontaktvinkler, kanalgeometri og kanalens overflateeegenskaper spiller sammen. Det blir
demonstrert at ved å justere disse variablene kan man oppnå en viss kontroll over væskens
posisjon i kanalen, noe som kan peke mot grunnleggende designprinsipper for utforming
av systemer som utnytter kapillærkrefter.
Oppgaven identifiserer også overflateruhet som en betydelig hindring for ideell
kapillærstrøm. Det er et tydelig avvik mellom teoretiske antakelser og de
eksperimentelle resultatene, hovedsakelig på grunn av overflateruhet. Dette understreker
viktigheten av å velge materialer of produksjonsmetoder med omhu, og at glatte
overflater bør priotiteres.
Oppsummert representerer denne masteroppgaven en begynnelse for utforskning av
balansen mellom gravitasjon og overflatespenning i forbindelse med oppsamling og
frigjøring av EBC i puste-analysatorer som Inflammacheck®. Undersøkelsen danner et
fundament ved å gi en første innsikt i hvordan overflatespenning og geometriske
parametere spiller inn, samtidig som den påpeker begrensningene som overflateruhet
medfører. Resultatene antyder at det er behov for mer omfattende undersøkelser og
videreutvikling i fremtidige studier for å kunne anvende dette i praksis. | |
dc.description.abstract | In this master’s thesis, the challenge of efficiently and exactly collecting and
transporting exhaled breath condensate (EBC) in the sensor cartridge of the
Inflammacheck® breathalyzer is studied. The Inflammacheck® breathalyzer is a device
developed by Zimmer and Peacock for non-invasive monitoring of respiratory conditions
through the analysis of EBC. In a preliminary study, an initial exploration of various
forces and phenomena is performed to discern feasible mechanisms for the retention and
release of liquid. Through this preliminary study, it becomes evident that understanding
the balance between gravitational and surface tension forces in the sensor cartridge is
pivotal, and the study converges to analyzing how geometric parameters and material
properties influence these forces.
An ’Hourglass Concept’ is conceived with this focus, utilizing capillary action within
converging and diverging channels. Analytical calculations, numerical simulations, and
practical experiments provide a foundational understanding of the interplay between the
surface tension of the condensate, channel geometries, and channel surface properties. It
is demonstrated that manipulating these variables imparts a degree of control over the
equilibrium position of the liquid within the channel, which gives guiding principles for
the design of systems harnessing capillary forces.
Additionally, the study identifies surface roughness as a substantial constraint in achieving
ideal capillary flow. There is a deviation between theoretical predictions and experimental
results, attributed mainly to surface roughness, emphasizing the necessity for judicious
material selection and manufacturing methods, preferably aiming at smooth surfaces.
In summary, this thesis constitutes an initial exploration into balancing gravitational
and surface tension forces for EBC retention and release in breathalyzers like the
Inflammacheck®. The investigation lays the groundwork by presenting preliminary
insights into the role of surface tension and geometric parameters within capillary flow
while cautioning against the constraints posed by surface roughness. The findings call
for further investigation and refinement in subsequent studies to increase practical
applications. | |
dc.language | eng | |
dc.publisher | NTNU | |
dc.title | Leveraging Surface Tension and
Capillary Flow: Design Optimization for Exhaled Breath
Condensate Transport in Inflammacheck Breathalyzers | |
dc.type | Master thesis | |