Study of hydrodynamic stress in cell culture bioreactors via lattice-Boltzmann CFD simulations supported by micro-probe shear stress method

格子Boltzmann方法 计算流体力学 生物反应器 拉什顿汽轮机 剪应力 叶轮 机械 放大 材料科学 湍流 消散 物理 化学 热力学 经典力学 有机化学
作者
Ondřej Šrom,Miroslav Šoóš,Maike Kuschel,Thomas Wucherpfennig,Jürgen Fitschen,Michael Schlüter
出处
期刊:Biochemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:208: 109337-109337 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.bej.2024.109337
摘要

Mammalian cell cultivation in pharmaceutical industry can last up to units of weeks and requires proper transport of nutrients and oxygen for cell growth and production. Given the long time period, cells experience flow fields from all bioreactor's zones, where the energy dissipation rate (ε) varies substantially. Shear sensitive micro-probes with size comparable to cells and Kolmogorov eddies are used for the determination of the maximum hydrodynamic stress (τmax) in bioreactors. For the very first time, the micro-probe method is applied successfully not only to laboratory (3 L) and pilot scale (80 L and 200 L), but also to industrial production scale bioreactor (12,500 L) with Rushton turbine and pitched-blade (RT-PB) impeller configuration. Experimentally obtained data are used for the validation of comprehensive CFD scale-up study, using the Lattice-Boltzmann large eddy simulation (LB-LES) method. Besides τmax, this work also focuses on the study of mixing time and flow field attributes.
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