噴嚏中的危險(xiǎn)粒子去了哪里

通常情況下，打噴嚏或咳嗽并不是一件令人擔(dān)憂的問(wèn)題。然而在COVID-19時(shí)代，在公共場(chǎng)所打噴嚏或咳嗽則會(huì)引起周圍人群的高度警覺(jué)，甚至四散跑走尋求掩護(hù)。因?yàn)閷?duì)他們而言，噴嚏和咳嗽就相當(dāng)于一個(gè)看不見的“定時(shí)炸彈”，會(huì)把潛在的危險(xiǎn)粒子散布到很廣的范圍，而問(wèn)題又在于每次打噴嚏或咳嗽都是不同的，其中的粒子沒(méi)有穩(wěn)定的運(yùn)行軌跡，所以很難預(yù)測(cè)這些粒子會(huì)落在何處。

為了解決這一困擾，目前，達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA一組專家團(tuán)隊(duì)一直在研究使用仿真技術(shù)，特別是用流體軟件，以研究噴嚏和咳嗽散播水滴的方式，因?yàn)檫@些水滴很可能會(huì)將病毒原體傳播到物體表面和空氣中。該團(tuán)隊(duì)的研究始于大約9年前，但當(dāng)初與如今的研究目的不盡相同：之前研究的重點(diǎn)是模擬汽車輪胎在行駛時(shí)卷起的水滴，以及降雨和灰塵等粒子。而當(dāng)他們得知需要仿真病毒的傳播方式時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)知道到他們已經(jīng)掌握了正確的仿真物理方法。

噴嚏仿真：讓危險(xiǎn)遠(yuǎn)離我們愛(ài)的人

CFD軟件不僅可以使我們更好地了解打噴嚏和咳嗽時(shí)粒子的傳播方式，也讓我們能夠更有效地設(shè)計(jì)個(gè)人防護(hù)裝備（PPE）。

達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA流體高級(jí)專家Jonathan Jilesen表示：“如果我們要通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行此操作，那么每次嘗試打相同的噴嚏都會(huì)有很多問(wèn)題。相對(duì)而言，CFD更容易量化，因?yàn)槲覀兛梢愿櫭總€(gè)粒子撞擊到表面以及到達(dá)的位置，因此我們可以在不同的設(shè)計(jì)之間看到非常明顯的差異。我們還可以可視化每條軌跡，從而使我們能夠了解它們?nèi)绾蔚竭_(dá)目的地的。”

最初，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃研究呼吸顆粒，主要是為了設(shè)計(jì)更好的吸入器。但是，隨著COVID-19的蔓延，創(chuàng)造更好的PPE的需求至關(guān)重要。通過(guò)CFD仿真，研究人員可以觀察到PPE的不同形式如何有效地將微粒遠(yuǎn)離他們想要保護(hù)的人。

Jilesen說(shuō)：“許多口罩的設(shè)計(jì)在網(wǎng)上被分享，以供制造商進(jìn)行3D打印或以其他的方式制造，盡管這些制造商的意圖可能是好的，但其設(shè)計(jì)可能存在某些缺陷。最有效的設(shè)計(jì)需要一個(gè)能覆蓋在前額的，形成牢固密封并防止顆粒從上方掉落的組件。仿真結(jié)果導(dǎo)致更新的面罩設(shè)計(jì)開始分發(fā)，以提供更好的保護(hù)?！?

仿真打噴嚏和咳嗽還可以使研究人員看到物體表面是如何被污染的，從而使醫(yī)院和公共場(chǎng)所可以采取更好的清潔措施。從仿真中收集的數(shù)據(jù)不僅可以用于改善醫(yī)院的通風(fēng)，還可以用來(lái)改善交通工具的通風(fēng)，如果有人咳嗽或打噴嚏，那么交通工具則是特別危險(xiǎn)的地方。更好的通風(fēng)設(shè)計(jì)可能會(huì)阻止病毒顆粒通過(guò)空氣重新分布。

流體技術(shù)團(tuán)隊(duì)還正在研究其他項(xiàng)目，包括：如何在飛機(jī)上更好的安置乘客，以便更好地防止乘客生病時(shí)的交叉污染。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還與麻省理工學(xué)院合作，幫助設(shè)計(jì)一種護(hù)罩，以便在為患者插管時(shí)保護(hù)醫(yī)生。

所有正在進(jìn)行的研究都得出了一些令人不安的結(jié)論。例如，病毒粒子可以沉積在物體表面，但隨后又可重新進(jìn)入空氣，且可以在那里停留數(shù)小時(shí)。如果您在雜貨店里有人對(duì)您打噴嚏或咳嗽，這些病毒粒子可能會(huì)落在您的外套上，一直停留到您把外套脫掉。在這一刻，脫掉外套的動(dòng)作又可能使得粒子被釋放回空氣中。

仿真結(jié)果驗(yàn)證了許多醫(yī)生警告過(guò)的：病毒顆粒一旦進(jìn)入空氣中，就可能停留很長(zhǎng)時(shí)間。這就是人們?cè)诓豢拷驀娞缁蚩人缘娜说那闆r下患病的原因。

這一信息可能令人沮喪，但它解釋了很多有關(guān)病毒傳播以及如何通過(guò)更好的PPE、清潔技術(shù)和通風(fēng)來(lái)預(yù)防病毒的方法。目前，COVID-19似乎是一個(gè)無(wú)法解決的問(wèn)題，但是達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA以及世界各地的科學(xué)家們正夜以繼日致力于研究工作，努力盡早讓疫情得到控制。

精準(zhǔn)仿真，病毒無(wú)處遁形

在COVID-19疫情危機(jī)下，當(dāng)有人打噴嚏時(shí)，包括氣溶膠在內(nèi)的攜帶病毒的污染顆粒會(huì)分布到周圍空間中，精準(zhǔn)的仿真空氣中的氣溶膠分布變得非常重要。使用達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA PowerFLOW粒子跟蹤技術(shù)，可以對(duì)噴嚏中的水和飛沫進(jìn)行精確的CFD 流體仿真，并采用3DEXPERIENCE平臺(tái)中的Creative Experience技術(shù)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行高性能渲染。仿真表明打噴嚏產(chǎn)生的擾動(dòng)氣流會(huì)將飛沫帶到三英尺高的地方，并可以比較不同防護(hù)情況下如肘部遮擋、戴口罩的區(qū)別。在辦公室、教室、機(jī)場(chǎng)、高鐵站等人員聚集區(qū)，還可通過(guò)該仿真技術(shù)優(yōu)化暖通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)來(lái)增強(qiáng)空氣中的飛沫擴(kuò)散能力和環(huán)境舒適度，確保人員的安全。

SIMULIA提供了先進(jìn)的仿真產(chǎn)品組合，包括Abaqus，Isight，Fe-safe，Tosca，Simpoe-Mold，SIMPACK，CST Studio Suite，XFlow，PowerFLOW等。更多信息請(qǐng)聯(lián)系廣州市凱思軟件工程有限公司