| Verlagslink: | https://www.gala-ev.org/images/Beitraege/Beitraege2025/pdf/29.pdf https://web.archive.org/web/20260812140533/https://www.gala-ev.org/images/Beitraege/Beitraege2025/pdf/29.pdf |
Titel: | Local fluid dynamic stress in stirred tank bioreactors along Lagrangian trajectories | Sonstige Titel: | Lokale strömungsmechanische Belastung auf lagrange’schen Trajektorien von Zellen in gerührten Bioreaktoren | Sprache: | Englisch | Autorenschaft: | von Schnitzler, Noah Steuwe, Eike Rautenbach, Ryan von Kameke, Alexandra Schlüter, Michael |
Herausgeber*In: | Hussong, Jeanette Ruck, Bodo Leder, Alfred Cierpka, Christian |
Herausgeber: | Deutsche Gesellschaft für Laser-Anemometrie | Erscheinungsdatum: | 2025 | Verlag: | Deutsche Gesellschaft für Laser-Anemometrie - German Association for Laser Anemometry GALA e.V. | Zeitschrift oder Schriftenreihe: | Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik : ... Fachtagung | Anfangsseite: | 29-1 | Endseite: | 29-6 | Konferenz: | Experimentelle Strömungsmechanik 2025 | Zusammenfassung: | High-density cultivation of mammalian cells in stirred tank bioreactors requires balancing oxygen transfer with minimizing fluid dynamic stress that damages sensitive cells. This study investigates energy dissipation rates (EDR) from a Lagrangian perspective to understand fluid mechanical stresses experienced by individual cells. Using Lattice-Boltzmann Large Eddy Simulation, we modeled a 30 L stirred tank reactor with dual impellers (Rushton turbine and pitch blade) at 270 rpm. Cell trajectories were simulated using 10,000 particles representing Chinese hamster ovary (CHO) cells. The critical EDR threshold was defined as producing a Kolmogorov length scale equal to cell diameter. Results reveal significant discrepancies between time-averaged literature data and transient simulation results. Lagrangian tracking shows cells experience brief but intense exposure to high EDR regions, with EDR peaks significantly exceeding established maximum values (𝜀T,max 𝜀̅T⁄ ≈ 40). This indicates conventional steady-state analyses underestimate actual fluid stress experienced by cells. This Lagrangian approach suggests cell damage mechanisms are better understood through statistical analysis of peak stress magnitude, exposure duration, and frequency rather than time-averaged values, with important implications for optimizing bioreactor design. |
URI: | https://hdl.handle.net/20.500.12738/19767 | ISBN: | 978-3-9827594-0-1 | ISSN: | 2194-2447 | Begutachtungsstatus: | Diese Version wurde begutachtet (fachspezifisches Begutachtungsverfahren) | Einrichtung: | Department Maschinenbau und Produktion (ehemalig, aufgelöst 10.2025) Fakultät Technik und Informatik (ehemalig, aufgelöst 10.2025) Heinrich-Blasius-Institut für Physikalische Technologien Competence Center for Energy Transition |
Dokumenttyp: | Konferenzveröffentlichung |
| Enthalten in den Sammlungen: | Publications without full text |
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