Avancerede simuleringer afslører, hvordan aircondition spreder COVID-19-aerosoler

De detaljerede fysiske processer og veje involveret i overførslen af ​​COVID-19 er stadig ikke godt forstået. Forskere besluttede at bruge avancerede computational fluid dynamics-værktøjer på supercomputere til at uddybe forståelsen af ​​transmission og give en kvantitativ vurdering af, hvordan forskellige miljøfaktorer påvirker transmissionsveje og luftbåren infektionsrisiko.

Et restaurantudbrud i Kina blev bredt rapporteret som et stærkt bevis på luftstrømsinduceret overførsel af COVID-19. Men den manglede en detaljeret undersøgelse af præcis, hvordan transmissionen skete.

Hvorfor blev nogle mennesker smittet, mens andre inden for samme område ikke blev smittet? Hvilken specifik rolle spillede ventilation og aircondition i sygdomsoverførsel? Udforskning af disse spørgsmål kan hjælpe med at udvikle mere præcise forebyggende foranstaltninger for at forbedre vores sikkerhed.

I Fysik af væsker, , Jiarong Hong og kolleger ved University of Minnesota rapporterer ved hjælp af avancerede simuleringsmetoder til at fange de komplekse strømme, der opstår, når den kolde luftstrøm fra klimaanlæg interagerer med den varme plume fra et spisebord og transport af virusbelastende partikler inden for sådanne strømme.

"Vores simulering fanger forskellige fysiske faktorer, inklusive turbulent luftstrøm, termisk effekt, aerosoltransport i turbulens, begrænset filtreringseffektivitet af klimaanlæg, samt den komplekse geometri i rummet, som alle spiller en rolle i luftbåren transmission, " sagde Hong.

Selvom mange computersimuleringsundersøgelser af luftbåren transmission af COVID-19 er blevet udført for nylig, få forbinder forudsigelsen af ​​high-fidelity-beregningsvæskedynamiksimulering direkte med de faktiske infektionsudbrud rapporteret gennem kontaktsporing.

Dette arbejde er det første realistiske tilfælde simuleret og forbundet direkte med forudsigelsen af ​​simulering.

"Det blev aktiveret af avancerede beregningsværktøjer, der blev brugt i vores simulering, som kan fange de komplekse strømme og aerosoltransport og andre multifysiske faktorer involveret i et realistisk miljø, " sagde Hong.

Resultaterne viser en bemærkelsesværdig direkte sammenhæng mellem områder med højt aerosoleksponeringsindeks og de rapporterede infektionsmønstre i restauranten, som giver stærk støtte til luftbåren transmission i dette vidt rapporterede udbrud.

Ved at bruge flowstrukturanalyse og omvendt-tidssporing af aerosolbaner, forskerne pegede yderligere på to potentielle transmissionsveje, der i øjeblikket bliver overset:transmissionen forårsaget af aerosoler, der stiger op fra under et bord, og transmission på grund af reentry-aerosoler forbundet med begrænset filtreringseffektivitet af klimaanlæg.

"Vores arbejde fremhæver behovet for flere forebyggende foranstaltninger, såsom at afskærme mere korrekt under bordet og forbedre filtreringseffektiviteten af ​​klimaanlæg, " sagde Hong. "Vigtigere, vores forskning viser kapaciteten og værdien af ​​high-fidelity computersimuleringsværktøjer til risikovurdering af luftbårne infektioner og udvikling af effektive forebyggende foranstaltninger."