De detaljerade fysiska processerna och vägarna som är involverade i överföringen av covid-19 är fortfarande inte väl förstådda. Forskare bestämde sig för att använda avancerade beräkningsvätskedynamikverktyg på superdatorer för att fördjupa förståelsen av överföring och ge en kvantitativ bedömning av hur olika miljöfaktorer påverkar överföringsvägar och luftburen infektionsrisk.

Ett restaurangutbrott i Kina rapporterades allmänt som starka bevis på luftflödesinducerad överföring av covid-19. Men det saknades en detaljerad utredning om exakt hur överföringen skedde.

Varför blev vissa människor smittade medan andra inom samma område inte blev det? Vilken specifik roll spelade ventilation och luftkonditionering vid överföring av sjukdomar? Att utforska dessa frågor kan hjälpa till att utveckla mer preciserade förebyggande åtgärder för att förbättra vår säkerhet.

I Vätskors fysik, , Jiarong Hong och kollegor vid University of Minnesota rapporterar att de använder avancerade simuleringsmetoder för att fånga de komplexa flöden som uppstår när det kalla luftflödet från luftkonditioneringsapparater interagerar med den varma plymen från ett matbord och transporten av virusladdande partiklar i sådana flöden.

"Vår simulering fångar olika fysiska faktorer, inklusive turbulent luftflöde, termisk effekt, aerosoltransport i turbulens, begränsad filtreringseffektivitet för luftkonditioneringsapparater, såväl som rymdens komplexa geometri, som alla spelar en roll i luftburen överföring, sa Hong.

Även om många datorsimuleringsstudier av luftburen överföring av covid-19 har genomförts nyligen, få kopplar direkt förutsägelsen av beräkningssimulering av beräkningsvätskedynamik med de faktiska infektionsutbrotten som rapporterats genom kontaktspårning.

Detta arbete är det första realistiska fallet som simuleras och kopplas direkt till förutsägelsen av simulering.

"Det möjliggjordes av avancerade beräkningsverktyg som användes i vår simulering, som kan fånga de komplexa flödena och aerosoltransporten och andra multifysiska faktorer som är involverade i en realistisk miljö, " sa Hong.

Resultaten visar ett anmärkningsvärt direkt samband mellan regioner med högt aerosolexponeringsindex och de rapporterade infektionsmönstren inom restaurangen, vilket ger starkt stöd till luftburen överföring i detta allmänt rapporterade utbrott.

Genom att använda flödesstrukturanalys och omvänd tidsspårning av aerosolbanor, forskarna pekade vidare på två potentiella överföringsvägar som för närvarande förbises:överföringen som orsakas av aerosoler som stiger upp under ett bord och överföring på grund av återinträdesaerosoler förknippade med begränsad filtreringseffektivitet hos luftkonditioneringsapparater.

"Vårt arbete belyser behovet av fler förebyggande åtgärder, som att skärma mer ordentligt under bordet och förbättra filtreringseffektiviteten hos luftkonditioneringsapparater, " sa Hong. "Är viktigare, vår forskning visar förmågan och värdet av högtrogna datorsimuleringsverktyg för riskbedömning av luftburna infektioner och utveckling av effektiva förebyggande åtgärder."