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Jun 27, 2023

凝縮噴霧における液滴サイズ分布の二峰性特性の調査

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12006 (2023) この記事を引用 211 アクセス メトリックの詳細 呼気中の浮遊飛沫の生成プロセスを理解するために、この研究は

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12006 (2023) この記事を引用

211 アクセス

メトリクスの詳細

本研究では、呼気時の浮遊液滴の生成過程を理解するために、凝縮噴霧流中で生成される液滴のサイズ分布の二峰性特性のメカニズムを調査する。 位相ドップラー粒子分析装置により測定された液滴サイズ分布とサーミスターにより測定された温度分布に基づいて、凝縮噴霧流における相変化過程を推定した。 中心軸上では、スプレー内部のサイズ分布は単峰性でした。 対照的に、噴霧流の外縁ではサイズ分布の二峰性が観察されました。 噴霧流の端では大きな温度勾配が形成された。 これは、外縁部で結露が活発に発生していることを示している。 上記と同様の理由により、噴霧中心部では外縁部の水蒸気が凝縮により消費されるため凝縮が進まず、液滴径は大きく変化しなかった。 したがって、スプレーの中心と外縁の間の局所的な相変化プロセスの違いにより、大きな液滴と小さな液滴が同時に中央領域に存在する可能性があります。 その結果、凝縮スプレーのサイズ分布は二峰性になります。

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）は、2019 年後半に中国の武漢市で最初に確認され、それ以来世界中に蔓延しました。 それは変異を続け、世界を破壊し続けます。 新型コロナウイルス感染症ウイルス感染症に限らず、未知の空気・飛沫感染に対しても、対策が確立していない段階では「密閉」「密集」「密接」を避けることは実行可能かつ合理的な対策である。 「気密」への対策は、空間の換気と空気の浄化です。 この技術は機械工学や流体工学に貢献できます。 Wei と Li1 は、屋内環境におけるエアロゾル感染についてまとめました。 感染経路の範囲は飛沫の直径に依存すると述べた。 したがって、室内環境で生成される気流による液滴の輸送は、換気システムの設計と評価に不可欠です。 換気システム、空気浄化システム、滅菌器などの配置を設計する際には、理論と数値解析に基づいて飛沫の拡散経路や滞空時間を予測する必要があります。 今回の新型コロナウイルスへの対応として、数値流体力学の分野の研究者は世界中で飛沫の数値解析を行っている。 Stiehl et al.2 は、くしゃみによって放出される飛沫の輸送と蒸発の数値シミュレーションを実施しました。 ああ、他。 らは室内換気の数値流体解析3を実施し、咳による飛沫および飛沫核の除去効率を機械換気と自然換気で数値比較した。 また、坪倉らの研究グループは、「富岳」6を用いた大規模数値解析により、屋内のさまざまな環境4や屋外バーベキュー5などにおける飛沫やエアロゾルの飛散や換気の影響を数値的に再現した。 さらに、教室7、レストラン8、都市バス9、飛行機10、空調システム11など、多くの状況で飛沫輸送がシミュレートされました。

数値流体力学の解析では、液滴ごとに周囲の空気との相対速度に基づく空気力学的な力を考慮した運動方程式を用いて、ラグランジュ的に液滴の運動を追跡しました。 液滴の速度と位置は、時間を追跡することによって取得されました5。 口から発生する飛沫については、実験による測定データに基づいて、発声や咳の流量の時間変化や飛沫粒径分布を境界条件として与える。 液滴モデルの例として、Bale et al. スピーキングモデルを使用しました4。 このほか、実測に基づいた咳モデル12,13、くしゃみモデル14、咳をしていても口を開閉するケース14、通常の音量での会話、大声での会話5などの飛沫モデルも用意されている。 。 これらのモデルに示されているように、液滴数や流量の変化は言語や話し方、個人差などの影響を受け、その差は文献に大きく依存します。 数値流体力学による実際の現象に近い解析を行うためには、より多くの測定データを収集し、気道内での飛沫の発生など、より詳細な飛沫モデルをデータベース化する必要がある15。