噴嚏中的危險粒子去了哪里

通常情況下，打噴嚏或咳嗽并不是一件令人擔(dān)憂的問題。然而在COVID-19時代，在公共場所打噴嚏或咳嗽則會引起周圍人群的高度警覺，甚至四散跑走尋求掩護(hù)。因為對他們而言，噴嚏和咳嗽就相當(dāng)于一個看不見的“定時炸彈”，會把潛在的危險粒子散布到很廣的范圍，而問題又在于每次打噴嚏或咳嗽都是不同的，其中的粒子沒有穩(wěn)定的運行軌跡，所以很難預(yù)測這些粒子會落在何處。

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，因為這些水滴很可能會將病毒原體傳播到物體表面和空氣中。該團(tuán)隊的研究始于大約9年前，但當(dāng)初與如今的研究目的不盡相同：之前研究的重點是模擬汽車輪胎在行駛時卷起的水滴，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，研究團(tuán)隊知道到他們已經(jīng)掌握了正確的仿真物理方法。

噴嚏仿真：讓危險遠(yuǎn)離我們愛的人

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

達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA流體高級專家Jonathan Jilesen表示：“如果我們要通過實驗進(jìn)行此操作，那么每次嘗試打相同的噴嚏都會有很多問題。相對而言，CFD更容易量化，因為我們可以跟蹤每個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)隊計劃研究呼吸顆粒，主要是為了設(shè)計更好的吸入器。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：“許多口罩的設(shè)計在網(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)計可能存在某些缺陷。最有效的設(shè)計需要一個能覆蓋在前額的，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的地方。更好的通風(fēng)設(shè)計可能會阻止病毒顆粒通過空氣重新分布。

流體技術(shù)團(tuán)隊還正在研究其他項目，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的交叉污染。同時，該團(tuán)隊還與麻省理工學(xué)院合作，幫助設(shè)計一種護(hù)罩，以便在為患者插管時保護(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。如果您在雜貨店里有人對您打噴嚏或咳嗽，這些病毒粒子可能會落在您的外套上，一直停留到您把外套脫掉。在這一刻，脫掉外套的動作又可能使得粒子被釋放回空氣中。

仿真結(jié)果驗證了許多醫(yī)生警告過的：病毒顆粒一旦進(jìn)入空氣中，就可能停留很長時間。這就是人們在不靠近打噴嚏或咳嗽的人的情況下患病的原因。

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更好的PPE、清潔技術(shù)和通風(fēng)來預(yù)防病毒的方法。目前，COVID-19似乎是一個無法解決的問題，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，病毒無處遁形

在COVID-19疫情危機(jī)下，當(dāng)有人打噴嚏時，包括氣溶膠在內(nèi)的攜帶病毒的污染顆粒會分布到周圍空間中，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平臺中的Creative Experience技術(shù)對仿真結(jié)果進(jìn)行高性能渲染。仿真表明打噴嚏產(chǎn)生的擾動氣流會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、高鐵站等人員聚集區(qū)，還可通過該仿真技術(shù)優(yōu)化暖通系統(tǒng)的運營來增強(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。更多信息請聯(lián)系廣州市凱思軟件工程有限公司