单通道客机座舱内的颗粒传播风险实验研究

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客机座舱内的新冠疫情传播风险一直备受关注。据记载,一些新冠感染案例很可能是由于座舱内的病毒气溶胶传播所致。目前,上送下排的混合通风是商用客机座舱内常用的通风方式。在座舱内,尤其是同一排座舱的空间,空气混合较为均匀,舱内释放的颗粒物在横向存在交叉传播,其传播规律因不同的送风口布置位置而存在差异。需要指出的是,尽管客舱内空气在横向高度混合,同排座椅但不同位置的颗粒暴露风险未必完全相同。因此,明确现有客机座舱内不同座椅位置处的可吸入颗粒暴露风险,对于防控疫情,并改善客机座舱的通风设计具有重要意义。本研究搭建了可容纳七排座椅的单通道客机模型舱实验台,通过测试客舱内的颗粒浓度分布,来评估单通道飞机座舱中不同座椅呼吸区的颗粒暴露风险。实验舱的通风系统采用了现役飞机广泛应用的混合通风模式。实验中利用表面温度精确控制的暖体假人来模拟机上乘客,其表面温度波动控制在1℃以内。为了解释颗粒的传播规律,研究中还对座舱内的气流与温度场进行了测量。本实验利用三维超声波风速仪及T型热电偶测量了实验舱的气流和温度分布,利用APS-3321测量了各测点的颗粒浓度。为了分析不同座位乘客的颗粒暴露风险,进行了混合通风方式下横向和纵向的颗粒传播实验。另外,还对目前为减小颗粒暴露而推荐的隔位而坐方式进行了研究。实验中分别在不同的座位上进行了单颗粒源或双颗粒源的释放,以代表不同座位乘客呼出颗粒的情况。为了对现有的通风方式进行改善,座舱风管加装了阀门以便切换成置换通风模式来研究。在置换通风模式下进行了稳态颗粒浓度分布的测量实验,最后与传统混合通风模式下的颗粒分布进行了对比。研究结果表明,在现有座舱的混合通风模式下:(1)无论颗粒从哪个乘客释放,靠窗而坐的乘客呼吸区的颗粒暴露量总是最低;目前的通风模式,还不足以将颗粒物限制在与颗粒源同侧的半舱,且与颗粒释放源同侧的半舱颗粒浓度高,而另一侧半舱的颗粒浓度低。(2)隔位而坐是降低颗粒暴露量的有效做法。若不隔位而坐,当中间乘客释放颗粒物时,该中间乘客与相邻中的任一乘客共同释放的颗粒物,将造成另一乘客的暴露浓度相较于隔位而坐时的2倍以上;(3)舱内颗粒物存在明显的纵向传播,且其传播范围至少在4排以上。此外,相较于混合通风,置换通风模式下舱内可以形成稳定的置换气流,对于控制污染物的交叉传播具有更好的性能。
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