Исследования воздушного потока раскрывают стратегии снижения передачи COVID-19 внутри помещений

Моделирование противотока пешеходов (красные и розовые частицы), ограниченного коридором (синяя граница), в условиях слабого социального дистанцирования. Предоставлено: Келби Крамер и Джеральд Дж. Ван.

Ученые, изучающие аэродинамику инфекционных заболеваний, делятся шагами по сдерживанию передачи инфекции во время занятий в помещении.

Носить маску. Держитесь на расстоянии шести футов. Избегайте больших скоплений людей. Поскольку мир ждет безопасной и эффективной вакцины, контроль над COVID-19 пандемия зависит от повсеместного соблюдения этих руководящих принципов общественного здравоохранения. Но по мере того, как более холодная погода заставляет людей проводить больше времени в помещениях, блокировать передачу болезней станет труднее, чем когда-либо.

На 73-м ежегодном собрании отдела гидродинамики Американского физического общества исследователи представили ряд исследований, посвященных изучению аэродинамики инфекционных заболеваний. Их результаты предлагают стратегии снижения риска, основанные на строгом понимании того, как инфекционные частицы смешиваются с воздухом в замкнутых пространствах.

Исследования в начале пандемии были сосредоточены на роли, которую играют крупные, быстро падающие капли, образующиеся при кашле и чихании. Однако задокументированные случаи сверхраспространения намекают на то, что перенос крошечных частиц по воздуху от повседневной деятельности также может быть опасным путем заражения. Например, 53 из 61 певца в штате Вашингтон заразились после 2,5-часовой репетиции хора в марте. Из 67 пассажиров, которые провели два часа в автобусе с человеком, инфицированным COVID-19, в провинции Чжэцзян, Китай, 24 впоследствии дали положительный результат.

Уильям Ристенпарт, инженер-химик из Калифорнийского университета в Дэвисе, обнаружил, что когда люди громко говорят или поют, они производят значительно большее количество частиц микронного размера по сравнению с тем, когда они используют обычный голос. Они обнаружили, что количество частиц, образующихся во время крика, значительно превышает количество, выделяемое при кашле. Они обнаружили, что у морских свинок грипп может передаваться через загрязненные частицы пыли. Если то же самое верно для SARS-CoV-2По словам исследователей, предметы, которые выделяют загрязненную пыль, как ткани, могут представлять опасность.

Абхишек Кумар, Джин Хертцберг и другие исследователи из Университета Колорадо в Боулдере сосредоточились на том, как вирус может распространяться во время музыкального исполнения. Они обсудили результаты экспериментов по измерению выбросов аэрозолей от инструменталистов.

«Раньше все очень беспокоились о флейтах, но оказалось, что флейты не так много генерируют», – сказал Герцберг. С другой стороны, такие инструменты, как кларнеты и гобои, имеющие влажные вибрирующие поверхности, имеют тенденцию производить обильные аэрозоли. Хорошая новость в том, что ими можно управлять. «Когда вы надеваете хирургическую маску на раструб кларнета или трубы, она уменьшает количество аэрозолей до уровня нормального голоса».

Инженеры под руководством Руйхена Хе из Университета Миннесоты исследовали аналогичную стратегию снижения риска в своем исследовании поля потока и аэрозолей, генерируемых различными приборами. Хотя уровень производимых аэрозолей варьируется в зависимости от музыканта и инструмента, они редко перемещаются дальше, чем на фут. Основываясь на своих выводах, исследователи разработали чувствительную к пандемии модель рассадки для живых оркестров и описали, где разместить фильтры и членов аудитории, чтобы снизить риск.

В то время как многие ранее работавшие в офисе сотрудники продолжают работать из дома, работодатели изучают способы безопасного открытия своих рабочих мест, поддерживая достаточную социальную дистанцию ​​между людьми. Используя двумерное моделирование людей в виде частиц, Келби Крамер и Джеральд Ван из Университета Карнеги-Меллона определили условия, которые помогут избежать скопления людей в замкнутых пространствах, таких как коридоры.

Поездки в офисные здания и обратно на легковых автомобилях также представляют риск заражения. Кенни Брейер и его сотрудники из Университета Брауна выполнили численное моделирование того, как воздух движется через кабины легковых автомобилей, чтобы определить стратегии, которые могут снизить риск заражения. Если воздух входит в комнату и выходит из нее в местах, удаленных от пассажиров, это может снизить риск передачи. По их словам, в легковой машине это означает стратегическое открытие одних окон и закрывание других.

С УЧАСТИЕМ математики Мартин Базант и Джон Буш предложили новое руководство по безопасности, основанное на существующих моделях передачи болезней, передаваемых воздушно-капельным путем, для определения максимальных уровней воздействия в различных помещениях. Их рекомендации зависят от показателя, называемого «совокупное время воздействия», которое определяется путем умножения количества людей в комнате на продолжительность воздействия. Максимум зависит от размера и скорости вентиляции помещения, лицевого покрытия его обитателя, заразности аэрозольных частиц и других факторов. Чтобы облегчить внедрение рекомендаций, исследователи вместе с инженером-химиком Касимом Ханом разработали приложение и электронную таблицу, которые люди могут использовать для оценки риска передачи инфекции в различных условиях.

Как написали Базант и Буш в готовящейся к печати статье о работе, расстояние шести футов друг от друга «обеспечивает слабую защиту от переносящих патогены аэрозольных капель, достаточно маленьких, чтобы их можно было постоянно перемешивать в помещении». Лучшее, основанное на динамике потока понимание того, как зараженные частицы перемещаются по комнате, может в конечном итоге привести к более разумным стратегиям снижения передачи.

Выделенные тезисы

Пение, пыль и передача болезней воздушно-капельным путем

Передача гриппа на модели морской свинки нечувствительна к скорости потока вентилируемого воздуха: доказательства роли аэрозольных фомитов

Аэрозоли в исполнении

Оценка риска передачи заболеваний воздушно-капельным путем во время пьес на духовых инструментах

Физика потоков социальных дистанционеров: выявление закономерностей пешеходных потоков в эпоху пандемии с помощью моделирования на основе частиц

Воздушные потоки в легковых автомобилях и их значение для передачи заболеваний воздушно-капельным путем

Руководство по ограничению передачи COVID-19 внутри помещений

Leave a Comment