Återcirkulera flöden, nämligen vakna, observeras både framför hostan (vänster) och bakom lyssnaren (höger). En droppe kan vara innesluten och fångad i kölvattnet, väsentligt förändra dess bana och öde. Kredit:A*STAR Institute of High Performance Computing
Den pågående COVID-19-pandemin har fått många forskare att studera luftburna droppöverföringar under olika förhållanden och miljöer. De senaste studierna börjar innehålla viktiga aspekter av vätskefysik för att fördjupa vår förståelse av viral överföring.
I ett nytt papper i Vätskans fysik , forskare från A*STAR's Institute of High Performance Computing genomförde en numerisk studie om droppdispersion med hjälp av högfrekvent luftflödessimulering. Forskarna hittade en enda 100-mikrometer hostdroppe under vindhastighet på 2 meter per sekund kan resa upp till 6,6 meter och ännu längre under torra luftförhållanden på grund av droppavdunstning.
"Förutom att bära en mask, vi fann att social distans var allmänt effektivt, eftersom droppfällning visar sig minska på en person som är minst 1 meter från hostan, "sa författaren Fong Yew Leong.
Forskarna använde beräkningsverktyg för att lösa komplexa matematiska formuleringar som representerar luftflöde och luftburna droppar runt människokroppar vid olika vindhastigheter och när de påverkas av andra miljöfaktorer. De bedömde också deponeringsprofilen på en person i en viss närhet.
En typisk host avger tusentals droppar över ett stort storleksintervall. Forskarna fann att stora droppar satte sig på marken snabbt på grund av gravitationen men kunde projiceras 1 meter av hoststrålen även utan vind. Medelstora droppar kan förångas till mindre droppar, som är lättare och lättare att bära av vinden, och dessa reste vidare.
Droppdispersion (sida, uppifrån och ner) från en enda hosta för två personer på 1 m avstånd från varandra vid (a) t =0,52s, (b) t =1s, (c) t =3s och (d) t =5s. Kredit:A*STAR Institute of High Performance Computing
Forskarna erbjuder en mer detaljerad bild av droppspridning när de införlivade de biologiska övervägandena av viruset, såsom det icke flyktiga innehållet i droppindunstning, in i modelleringen av den luftburna spridningen av droppar.
"En förångande droppe behåller det icke flyktiga virusinnehållet, så den virala belastningen ökar effektivt, "sa författaren Hongying Li." Det betyder att avdunstade droppar som blir aerosoler är mer mottagliga för att andas in djupt i lungan, som orsakar infektion lägre ner i luftvägarna, än större oångade droppar. "
Dessa fynd är också starkt beroende av miljöförhållandena, som vindhastighet, luftfuktighet, och omgivande lufttemperatur, och baserat på antaganden från befintlig vetenskaplig litteratur om livskraften för COVID-19-viruset.
Medan denna forskning fokuserade på luftburna utomhusöverföringar i ett tropiskt sammanhang, forskarna planerar att tillämpa sina resultat för att bedöma risken inomhus och utomhus där folkmassor samlas, som konferenslokaler eller amfiteatrar. Forskningen kan också tillämpas på att designa miljöer som optimerar komfort och säkerhet, såsom sjukhusrum som står för luftflöde inomhus och luftburet patogenöverföring.
