咳嗽气溶胶在餐厅中扩散的数值模拟研究

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新型冠状病毒的盛行,让气溶胶传染病毒再次成为大家所关注的焦点。餐厅作为人员极其密集的区域,气溶胶飞沫在此区域的扩散规律研究具有重大意义。因此本文采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法,基于餐桌有无防护隔板的两种工况,并同时考虑气溶胶飞沫在空气中的蒸发作用,对餐桌上的咳嗽过程进行数值模拟研究。分析验证餐桌隔板在气溶胶飞沫传播过程中的隔绝作用。同时基于有隔板的情况,分析温度、湿度变化对气溶胶飞沫在空气中扩散的影响。具体工作主要包括如下三个部分:(1)基于某餐厅餐桌,对餐桌中间有无防护隔板进行数值模拟,在选定工作温度和湿度环境下,验证隔板是否对气溶胶飞沫的传播有隔绝作用。结果显示,在没隔板情况下,飞沫能够轻易扩散至对面就餐者附近。而有隔板情况下只有极少数飞沫能够越过隔板,其余大部分都蒸发消失或者被隔板收集。对比分析发现隔板的存在能够有效的控制气溶胶飞沫在就餐人员之间传播。(2)基于有隔板的情况,选取不同季节的特征温度,研究温度对餐厅内气溶胶飞沫扩散的影响。根据结果分析和总结,发现温度升高首先会影响粒径较小的气溶胶飞沫,同时加快气溶胶飞沫在空气中的蒸发作用,减少了气溶胶飞沫在空气中的悬浮时间。因此温度的升高能够削弱飞沫在就餐者之间的扩散。(3)基于有隔板的情况,探讨不同湿度对气溶胶飞沫扩散的影响。研究发现2.5s前湿度对飞沫的蒸发影响不大,之后湿度的提高会减缓液滴的蒸发,甚至让液滴的粒径得到增长,因此高湿度会让飞沫在空气中停留的时间增加,增加了飞沫的传播距离。
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