University of Minnesota School of Music var orolig för en-till-en-undervisning under COVID-19-pandemin och undrade om det skulle komplettera sitt ventilationssystem med bärbara HEPA-luftrenare.

Så, skolans tjänstemän nådde Suo Yang, en professor vid College of Science and Engineering, och hans team för att ta reda på det. I Vätskans fysik , Yang och forskarna beskriver sitt arbete med att förutsäga hur viruspartiklar sprids inom ett musikrum.

"Den luftburna överföringen av COVID-19 genom droppar eller droppkärnor kan modelleras som ett typiskt partikelbelastat flöde, och simuleringsarbete måste noggrant fånga rörelsen av partiklar inom den turbulenta flödesmiljön, "sa Yang." Partikelavsättning på väggarna och andra ytor måste också fångas exakt, och vi ville undersöka om partiklar är fångade i vissa recirkulationszoner, ventilerad ut, eller avlägsnas med en luftrenare. "

Deras simuleringar tyder på att en HEPA -luftrenare ska placeras direkt framför personen eller instrumentet som driver ut aerosoler och placeras bort från andra människor som ska skyddas i rummet.

Forskarnas mål var en ventilationshastighet på 288 kubikmeter per timme, enligt Världshälsoorganisationens riktlinjer, för varje person i rummet. Så vitt de vet, detta är den mest omfattande undersökningen av hur man använder HEPA-luftrenare för att bekämpa COVID-19.

"Det viktigaste är att även om bärbara renare kan vara till stor hjälp, deras placering är kritisk, "sa Yang.

Det är absolut kritiskt att inte sprida aerosoler ytterligare genom att inducera ett mycket spridande flöde, enligt Sai Ranjeet Narayanan, en forskarassistent som arbetar med Yang.

En stor överraskning för forskarna var att bärbara HEPA-luftrenare reducerar aerosoler i luften så mycket snabbare än bara ventilation-och erbjuder storleksordningar högre aerosolborttagning jämfört med att inte använda en renare.

Om flödeshastigheten för HVAC -systemet är känd, detta arbete kan fungera som en riktlinje för storleken och antalet bärbara renare som behövs, samt var de ska placeras.

"Vårt arbete ger också en riktlinje för hur länge en paus mellan klasserna är nödvändig för att säkerställa säkerheten för nästa klass, vilket är cirka 25 minuter för detta fall, "sa Yang.

"Och det ger en analytisk funktion, visat sig vara en linjär funktion, att göra förutsägelser för aerosolborttagning, deposition, eller avstängningshastighet i nästan alla scenarier:andning, tala, sång, hosta, nysning, olika blåsinstrument, med och utan masker. "

I framtiden, "vi planerar att modellera större domäner med fler människor, som band, orkestrar, eller någon gruppsamling, "Sade Narayanan." Och vi kan också jämföra prestanda för olika typer av renare. "