Установка для определения направления, скорости и времени прохождения аэрозольного облака, образуемого при кашле и чихании: результаты работы (в рамках программы борьбы с COVID-19)
Автор: Парфентьева Н.А., Парфентьев Н.А.
Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech
Статья в выпуске: 2 (92) т.25, 2021 года.
Бесплатный доступ
Признано, что Covid -19 в основном передается воздушно-капельным путем. Особенно опасно чихание и кашель больного, когда вместе со струей воздуха, движущейся с большой скоростью (при чихании скорость воздушного потока может быть около 150 км/ч), вылетают капельки жидкости, содержащие вирусы. Для создания физической и численной моделей, описывающих эти процессы, и расчетов концентрации аэрозольных частиц не хватает экспериментальных данных. Дается описание установки для оценки изменяющегося со временем распределения скоростей и изменения формы аэрозольного облака, возникающего при кашле и чихании. Предлагаемый экспериментальный метод позволяет получать данные о распределении относительных скоростей при однократном акте выделения воздуха. Эти данные затем калибруются по измерениям абсолютной скорости с помощью датчика с низкой чувствительностью, устанавливаемого вблизи источника. Целью проводимых исследований является определение направления и скорости движения облака, несущего капли с вирусом, а также времени его прохождения мимо потенциальных реципиентов. По этим данным можно оценить полученную дозу инфекции и зависимость этой дозы от расстояния между источником и человеком, находящимся недалеко от него. Исследование не претендует на полноту, которая может быть достигнута при изучении больших групп испытуемых, но после его завершения сможет служить исходным материалом для приближенных к реальности цифровых моделей передачи инфекции. Работа содержит также предварительные результаты первого цикла экспериментов на этой установке. На основе полученных результатов даются практические рекомендации, направленные на противодействие распространению инфекции.
Аэрозоль, модель, датчик, концентрация, скорость, опыт, вирус, температура, течение
Короткий адрес: https://sciup.org/146282203
IDR: 146282203 | DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2021.2.07
Список литературы Установка для определения направления, скорости и времени прохождения аэрозольного облака, образуемого при кашле и чихании: результаты работы (в рамках программы борьбы с COVID-19)
- Алексеев Н.В., Кравцов В.Г., Назаров О.И., Панкратов А.К., Вождаев Е.С., Вялков А.В., Головкин М.А., Ефремов А.А. Системы измерения воздушных параметров полета нового поколения // Авиакосмическое приборостроение. - 2003. - № 8. - С. 3.
- Береснев С.А., Грязин В.И. Физика атмосферных аэрозолей: курс лекций. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2008. - 228 с.
- Желамский М.В. Электромагнитное позиционирование подвижных объектов. - М.: Физматлит, 2013. - 320 с.
- Оглоблин Г.В., Бревнов Д. Моделирование обтекания тел воздушным потоком с помощью жидкокристаллического детектора [Электронный ресурс]. - URL: www.econf.rae.ru/article/5757 (дата обращения: 28.09.2020).
- Райст П. Аэрозоли. Введение в теорию: пер. с англ. - М.: Мир, 1987. - 280 с.
- Терехов В.И., Терехов В.В., Шишкин Н.Е., Би К.Ч. Экспериментальное и численное исследования нестационарного испарения капель жидкости // Инженерный физический журнал. - 2010. - № 5. -С. 829-836.
- Asadi S., Bouvier N., Wexler A.S., Ristenpart W.D. The coronavirus pandemic and aerosols: does COVID-19 transmit via expiratory particles? // Aerosol Sci. Technol. - 2020. - Vol. 54, no. 6. - P. 635-638. DOI: 10.1080/02786826.2020.1749229
- Bourouiba L. Turbulent gas clouds and respiratory pathogen emissions potential implications for reducing transmission of Covid-19 // JAMA. - 2020. - Vol. 323, no. 18. - P. 1837-1838. DOI: 10.1001/jama.2020.4756
- Bourouiba L., Dehandshoewoercker E., Bush J.W.M. Violent respiratory events: on coughing and sneezing // J. Fluid Mech. - 2014. - Vol. 745. - P. 537-563. DOI: 10.1080/02786826.2020.1749229
- Brus D., Hyvarinen A., Zdimal V., Lihavainen H. Homogeneous nucleation rate measurements of 1-butanol in helium: A comparative study of a thermal cloud chamber and a laminar flow diffusion chamber // J. Chem. Phys. - 2005. - Vol. 122. - P. 214506.
- Bush J.W.M., Thurber B.A., Blanchette F. Particle clouds in homogeneous and stratified environments // J. Fluid Mech. - 2003. - Vol. 489. - P. 29-54. DOI: 10.1017/S0022112003005160
- Guo Z.-D., Wang Z.-Y., Zhang S.-F., Li X., Li L., Li C., Cui Y., Fu R.-B., Dong Y.-Z., Chi X.-Y., Zhang M.-Y., Liu K., Cao C., Liu B., Zhang K., Gao Y.-W., Lu B., Chen W. Aerosol and surface distribution of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 in hospital wards, Wuhan, China. 2020 // Emerg. Infect. Dis. - 2020. - Vol. 26, no. 7. - P. 1586-1591. DOI: 10.3201/eid2607.200885
- Hwang D. Review of research into the concept of the microblowing technique for turbulent skin friction reduction // Prog. Aerosp. Sci. - 2004. - Vol. 40, no. 8. - P. 559-575.
- Li J., Lee C.-H., Jia L., Li X. Numerical study on the flow control by micro-blowing // Proc. of the 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting. - 2009. - Paper No. 2009-779.
- Luo L., Liu D., Liao X.-L., Wu X.-B., Jing Q.-L., Zheng J.-Z., Liu F.-H., Yang S.-G., Bi B., Li Z.-H., Liu J.-P., Song W.-Q., Zhu W., Wang Z.-H., Zhang X.-R., Chen P.-L., Liu H.-M., Cheng X., Cai M.-C., Huang Q.-M., Yang P., Yang X.-F., Han Z.-G., Tang J.-L., Ma Y., Mao C. Modes of contact and risk of transmission in COVID-19 among close contacts (pre-print), avaliable at: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.03.24.20042606v1 (accessed: 30 March 2021). DOI: 10.1101/2020.03.24.20042606.
- Santarpia J.L., Rivera D.N., Herrera V., Morwitzer M.J., Creager H., Santarpia G.W., Crown K.K., BrettMajor D.M., Schnaubelt E., Broadhurst M.J., Lawler J.V., Reid S.P., Lowe J.J. Transmission potential of SARS-CoV-2 in viral shedding observed at the University of Nebraska Medical Center // Scientific Reports. - 2020. - Vol. 10, no. 1. - P. 12732. DOI: 10.1101/2020.03.23.20039446
- Scharfman B.E., Techet A.H., Bush J.W.M., Bourouiba L. Visualization of sneeze ejecta: steps of fluid fragmentation leading to respiratory droplets // Exp. Fluids. - 2016. - Vol. 57. - Article No. 24. DOI: 10.1007/s00348-015-2078-4
- Stadnytskyi V., Bax C.E., Bax A., Anfinrud P. The airborne lifetime of small speech droplets and their potential importance in SARS-CoV-2 transmission // PNAS. - 2020. - Vol. 117, no. 22. - P. 11875-11877. DOI: 10.1073/pnas.2006874117
- Tillman T.G., Hwang D.P. Drag reduction on a large-scale nacelle using a microblowing technique // Proc. of the 37th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. - 1999. - Paper No. 1999-0130.
- Van Doremalen N., Bushmaker T., Morris D.H., Holbrook M.G., Gamble A., Williamson B.N., Tamin A., Harcourt J.L., Thornburg N.J., Gerber S.I., Lloyd-Smith J.O., De Wit E., Munster V.J. Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARS-CoV-1 // N. Engl. J. Med. - 2020. - Vol. 382, no. 16. -P. 1564-1567. DOI: 10.1056/NEJMc2004973
- Yan J., Grantham M., Pantelic J., Bueno de Mesquita P.J., Albert B., Liu F., Ehrman S., Milton Donald K., EMIT Consortium. Infectious virus in exhaled breath of symptomatic seasonal influenza cases from a college community // PNAS. - 2018. - Vol. 115, no. 5. - P. 1081-1086. DOI: 10.1073/pnas.1716561115