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讓看不見(jiàn)的「殺手」有跡可循 | 仿真粒子分布如何更好地預測病毒傳播

發(fā)布者:凱思軟件發(fā)布日期:2020-05-20瀏覽量:


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憂(yōu)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?chē)巳旱母叨染X(jué),甚至四散跑走尋求掩護。因為對他們而言,噴嚏和咳嗽就相當于一個(gè)看不見(jiàn)的“定時(shí)炸彈”,會(huì )把潛在的危險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)有穩定的運行軌跡,所以很難預測這些粒子會(huì )落在何處。


為了解決這一困擾,目前,達索系統SIMULIA一組專(zhuān)家團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(huì )將病毒原體傳播到物體表面和空氣中。該團隊的研究始于大約9年前,但當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(chē)輪胎在行駛時(shí)卷起的水滴,以及降雨和灰塵等粒子。而當他們得知需要仿真病毒的傳播方式時(shí),研究團隊知道到他們已經(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計個(gè)人防護裝備(PPE)。

達索系統SIMULIA流體高級專(zhuān)家Jonathan Jilesen表示:“如果我們要通過(guò)實(shí)驗進(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。相對而言,CFD更容易量化,因為我們可以跟蹤每個(gè)粒子撞擊到表面以及到達的位置,因此我們可以在不同的設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如何到達目的地的?!?

最初,該團隊計劃研究呼吸顆粒,主要是為了設計更好的吸入器。但是,隨著(zhù)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(guān)察到PPE的不同形式如何有效地將微粒遠離他們想要保護的人。

Jilesen說(shuō):“許多口罩的設計在網(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,但其設計可能存在某些缺陷。最有效的設計需要一個(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。仿真結果導致更新的面罩設計開(kāi)始分發(fā),以提供更好的保護?!?


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。從仿真中收集的數據不僅可以用于改善醫院的通風(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的地方。更好的通風(fēng)設計可能會(huì )阻止病毒顆粒通過(guò)空氣重新分布。


流體技術(shù)團隊還正在研究其他項目,包括:如何在飛機上更好的安置乘客,以便更好地防止乘客生病時(shí)的交叉污染。同時(shí),該團隊還與麻省理工學(xué)院合作,幫助設計一種護罩,以便在為患者插管時(shí)保護醫生。


所有正在進(jìn)行的研究都得出了一些令人不安的結論。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小時(shí)。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(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。

仿真結果驗證了許多醫生警告過(guò)的:病毒顆粒一旦進(jìn)入空氣中,就可能停留很長(cháng)時(shí)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(guò)更好的PPE、清潔技術(shù)和通風(fēng)來(lái)預防病毒的方法。目前,COVID-19似乎是一個(gè)無(wú)法解決的問(wèn)題,但是達索系統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。

精準仿真,病毒無(wú)處遁形

在COVID-19疫情危機下,當有人打噴嚏時(shí),包括氣溶膠在內的攜帶病毒的污染顆粒會(huì )分布到周?chē)臻g中,精準的仿真空氣中的氣溶膠分布變得非常重要。使用達索系統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情況下如肘部遮擋、戴口罩的區別。在辦公室、教室、機場(chǎng)、高鐵站等人員聚集區,還可通過(guò)該仿真技術(shù)優(yōu)化暖通系統的運營(yíng)來(lái)增強空氣中的飛沫擴散能力和環(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

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