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Jun 27, 2023

Étude des caractéristiques bimodales de la distribution granulométrique des gouttelettes dans les pulvérisations de condensation

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 12006 (2023) Citer cet article 211 Accès aux détails des métriques Pour comprendre le processus de génération de gouttelettes en suspension dans l'air pendant l'expiration, cette étude

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12006 (2023) Citer cet article

211 Accès

Détails des métriques

Pour comprendre le processus de génération de gouttelettes en suspension dans l'air pendant l'expiration, cette étude étudie le mécanisme des caractéristiques bimodales de la distribution de taille des gouttelettes générées dans un flux de pulvérisation condensé. Le processus de changement de phase dans le flux de pulvérisation condensé a été estimé sur la base de la distribution de la taille des gouttelettes mesurée par un analyseur de particules Doppler de phase et de la distribution de température mesurée par une thermistance. Sur l'axe central, la distribution granulométrique était unimodale à l'intérieur du spray. En revanche, une bimodalité de la distribution granulométrique au bord extérieur du flux de pulvérisation a été observée. Au bord du flux de pulvérisation, un grand gradient de température s’est formé. Cela indique que de la condensation s'est produite activement sur le bord extérieur. Pour la même raison que celle décrite ci-dessus, la condensation n'a pas progressé au centre de pulvérisation en raison de la consommation de vapeur d'eau au bord extérieur par la condensation, et le diamètre des gouttelettes n'a pas changé de manière significative. Par conséquent, en raison de la différence dans le processus de changement de phase local entre le centre et le bord extérieur du spray, de grosses et petites gouttelettes peuvent exister simultanément dans la région médiane. En conséquence, la distribution granulométrique du spray de condensation est bimodale.

Le COVID-19 a été identifié pour la première fois dans la ville chinoise de Wuhan fin 2019 et s’est depuis propagé dans le monde entier. Il continue de muter et de ravager le monde. Il est possible et raisonnable d’éviter les mesures « hermétiques », « denses » et « proches » au stade où la contre-mesure n’a pas été établie, non seulement pour la nouvelle maladie virale infectieuse à coronavirus, mais également pour toute infection inconnue dans l’air ou par gouttelettes. La contre-mesure pour « l’étanchéité à l’air » est la ventilation de l’espace et la purification de l’air. Cette technologie peut contribuer à l’ingénierie mécanique et à l’ingénierie des fluides. Wei et Li1 ont résumé l'infection par aérosol dans l'environnement intérieur. Ils ont mentionné que la gamme des voies de transmission dépend du diamètre de la gouttelette. Par conséquent, le transport des gouttelettes par le flux d’air généré dans l’environnement intérieur est essentiel à la conception et à l’évaluation du système de ventilation. Lors de la conception de l'agencement des systèmes de ventilation, des systèmes de purification de l'air et des stérilisateurs, le chemin de diffusion et la période de suspension des gouttelettes dans l'air doivent être prédits sur la base de la théorie et de l'analyse numérique. En réponse à ce nouveau coronavirus, des chercheurs du monde entier dans le domaine de la dynamique des fluides computationnelle mènent des analyses numériques de gouttelettes. Stiehl et al.2 ont réalisé une simulation numérique du transport et de l'évaporation des gouttelettes rejetées par les éternuements. Oh et coll. réalisé une analyse numérique des fluides de la ventilation intérieure3 et comparé numériquement l'efficacité d'élimination des gouttelettes et des noyaux de gouttelettes provoqués par la toux entre la ventilation mécanique et la ventilation naturelle. Le groupe de recherche dirigé par Tsubokura a également reproduit numériquement la diffusion des gouttelettes et des aérosols ainsi que les effets de la ventilation dans divers environnements intérieurs4 et barbecues extérieurs5, par une analyse numérique à grande échelle utilisant Fugaku6. De plus, le transport de gouttelettes a été simulé dans de nombreuses situations, telles que la salle de classe7, le restaurant8, le bus urbain9, l’avion10 et le système de climatisation11.

Dans l'analyse de la dynamique des fluides computationnelle, le mouvement des gouttelettes a été suivi de manière lagrangienne à l'aide d'une équation de mouvement qui considère la force aérodynamique basée sur la vitesse relative avec l'air ambiant pour chaque gouttelette. La vitesse et la position des gouttelettes ont été obtenues par suivi du temps5. Pour les gouttelettes générées par la bouche, la variation temporelle du débit et la distribution de la taille des gouttelettes de phonation et de toux sont données comme conditions limites basées sur les données mesurées à partir d'expériences. À titre d'exemple de modèles de gouttelettes, Bale et al. utilisé un modèle parlant4. De plus, il existe plusieurs modèles de gouttelettes basés sur des mesures réelles, comme un modèle de toux12,13, un modèle d'éternuement14, un cas dans lequel la bouche est ouverte et fermée même en cas de toux14, une conversation à volume normal et une conversation à voix forte5. . Comme le montrent ces modèles, les variations du nombre de gouttelettes et du débit sont affectées par la langue, la forme de parole et les différences individuelles, et la différence dépend de manière significative de la littérature. Pour effectuer une analyse avec la dynamique des fluides computationnelle qui corresponde plus étroitement aux phénomènes réels, davantage de données mesurées doivent être collectées et une base de données doit être construite avec des modèles de gouttelettes plus approfondis, comme la génération de gouttelettes dans les voies respiratoires15.