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Journal Articles ESAIM: Proceedings and Surveys Year : 2020

Fluid-kinetic modelling for respiratory aerosols with variable size and temperature

Abstract

In this paper, we propose a coupled fluid-kinetic model taking into account the radius growth of aerosol particles due to humidity in the respiratory system. We aim to numerically investigate the impact of hygroscopic effects on the particle behaviour. The air flow is described by the incompressible Navier-Stokes equations, and the aerosol by a Vlasov-type equation involving the air humidity and temperature, both quantities satisfying a convection-diffusion equation with a source term. Conservations properties are checked and an explicit time-marching scheme is proposed. Two-dimensional numerical simulations in a branched structure show the influence of the particle size variations on the aerosol dynamics.
Dans cet article, nous proposons un modèle couplé fluide-cinétique prenant en compte la croissance en rayon des particules d'un aérosol due à l'humidité dans les voies respiratoires. Nous nous intéressons en particulier à l'étude numérique de l'impact des effets hygroscopiques sur le comportement des particules. L'air est décrit par les équations de Navier-Stokes incompressibles, et l'aérosol par une équation de type Vlasov impliquant l'humidité et la température de l'air. Chacune de ces deux quantités vérifie une équation de convection-diffusion avec un terme source. Nous montrons que le modèle couplé vérifie de bonnes propriétés de conservation. Il est ensuite discrétisé par un schéma explicite en temps. Enfin, des simulations numériques en deux dimensions dans une bifurcation montrent l'influence de la croissance en rayon sur la dynamique de l'aérosol.
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Dates and versions

hal-02092574 , version 1 (08-04-2019)

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Cite

Laurent Boudin, Céline Grandmont, Bérénice Grec, Sébastien Martin, Amina Mecherbet, et al.. Fluid-kinetic modelling for respiratory aerosols with variable size and temperature. ESAIM: Proceedings and Surveys, 2020, 67, pp.100-119. ⟨10.1051/proc/202067007⟩. ⟨hal-02092574⟩
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