Новости

Jun 27, 2023

Исследование бимодальных характеристик распределения капель по размерам в конденсационном распылении

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12006 (2023) Цитировать эту статью 211 Доступ к данным о показателях Чтобы понять процесс образования капель в воздухе во время выдоха, это исследование

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12006 (2023) Цитировать эту статью

211 Доступов

Подробности о метриках

Чтобы понять процесс образования капель в воздухе при выдохе, в данной работе исследуется механизм бимодальных характеристик распределения капель по размерам, образующихся в конденсированном потоке распыления. Процесс фазового перехода в потоке конденсированной струи оценивался на основе распределения капель по размерам, измеренного фазовым доплеровским анализатором частиц, и распределения температуры, измеренного термистором. На центральной оси распределение по размерам было унимодальным во внутренней части распыления. Напротив, наблюдалась бимодальность распределения по размерам на внешней кромке потока распыления. На границе потока струи образовывался большой градиент температуры. Это указывает на то, что на внешнем крае активно происходила конденсация. По той же причине, что указана выше, конденсация не прогрессировала в центре распыления из-за поглощения водяного пара на внешнем крае конденсацией, и диаметр капли существенно не изменился. Следовательно, из-за разницы в процессе локального фазового перехода между центром и внешним краем струи в средней области могут существовать одновременно крупные и мелкие капли. В результате распределение конденсата по размерам является бимодальным.

COVID-19 был впервые выявлен в китайском городе Ухань в конце 2019 года и с тех пор распространился по всему миру. Он продолжает мутировать и разрушать мир. Целесообразными и разумными мерами являются недопущение «герметичности», «плотности» и «закрытости» на этапе, когда меры противодействия не установлены, не только в отношении нового коронавирусного инфекционного вирусного заболевания, но и в отношении любого неизвестного воздушно-капельного заражения. Мера противодействия «герметичности» — вентиляция помещения и очистка воздуха. Эта технология может внести вклад в машиностроение и гидротехнику. Вэй и Ли1 суммировали информацию об аэрозольной инфекции в помещении. Они отметили, что диапазон путей передачи зависит от диаметра капли. Следовательно, перенос капель воздушным потоком, образующимся в помещении, имеет важное значение для проектирования и оценки системы вентиляции. При проектировании устройства систем вентиляции, систем очистки воздуха и стерилизаторов пути диффузии и период нахождения капель в воздухе следует прогнозировать на основе теории и численного анализа. В ответ на этот новый коронавирус исследователи в области вычислительной гидродинамики во всем мире проводят численный анализ капель. Штиль и др.2 провели численное моделирование транспортировки и испарения капель, выделяющихся при чихании. О и др. провели численный анализ жидкости в вентиляции помещений3 и численно сравнили эффективность удаления капель и ядер капель, вызванных кашлем, между механической вентиляцией и естественной вентиляцией. Исследовательская группа под руководством Цубокуры также численно воспроизвела рассеяние капель и аэрозолей и влияние вентиляции в различных помещениях4 и барбекю на открытом воздухе5 с помощью крупномасштабного численного анализа с использованием Fugaku6. Кроме того, транспортировка капель была смоделирована во многих ситуациях, таких как классная комната7, ресторан8, городской автобус9, самолет10 и система кондиционирования воздуха11.

При анализе вычислительной гидродинамики движение капель отслеживалось лагранжевым способом с использованием уравнения движения, которое учитывает аэродинамическую силу на основе относительной скорости с окружающим воздухом для каждой капли. Скорость и положение капель были получены путем отслеживания времени5. Для капель, образующихся изо рта, изменение во времени скорости потока и распределение капель по размерам при фонации и кашле даны в качестве граничных условий на основе измеренных данных экспериментов. В качестве примера моделей капель Bale et al. использовал говорящую модель4. Кроме того, существует несколько капельных моделей, основанных на реальных измерениях, таких как модель кашля12,13, модель чихания14, случай, когда рот открыт и закрыт даже при кашле14, разговор с нормальной громкостью и разговор громким голосом5 . Как показано в этих моделях, на изменения количества капель и скорости потока влияют язык, форма речи и индивидуальные различия, а разница в значительной степени зависит от литературы. Чтобы выполнить анализ с помощью вычислительной гидродинамики, который более точно соответствует реальным явлениям, необходимо собрать больше измеренных данных и создать базу данных с более глубокими моделями капель, такими как образование капель в дыхательных путях15.