Группа исследователей из Университета Хериот-Ватт и Эдинбургского университета в США.K. считает, что также необходимо более глубокое понимание различного поведения капель и их различных механизмов диспергирования в зависимости от размера капель.
В разделе «Физика жидкостей» от AIP Publishing группа представляет математическую модель, которая четко разграничивает капли малого, среднего и большого размера. Для определения максимальной дальности действия капли можно использовать простые формулы.
Это имеет важное значение для понимания распространения болезней, передаваемых воздушным путем, таких как COVID-19, поскольку их тесты на распространение показали отсутствие капель среднего размера, как и ожидалось.
«Физика потока у кашляющего человека сложна, включая турбулентные струи и испарение капель», – сказал Катал Камминс из Университета Хериот-Ватт. "Рост COVID-19 выявил пробелы в наших знаниях о физике передачи и стратегиях смягчения последствий."
Одним из таких пробелов в физике является четкое и простое описание того, куда уходят отдельные капли при выбросе.
«Мы хотели разработать математическую модель дыхания человека, которую можно было бы исследовать аналитически, чтобы исследовать доминирующую физику», – сказал Камминс.
Когда человек дышит, он испускает капли разного размера, которые не обязательно точно следуют за воздушным потоком.
«Мы представляем дыхание как точечный источник воздуха и капель и включаем точечный сток для моделирования эффекта вытяжки воздуха и капель», – сказал Камминс. "Чтобы учесть разницу в размерах и плотности, мы используем уравнение Макси-Райли, которое описывает движение небольшой, но конечной твердой сферы через жидкость."
Эта работа дает исследователям общую основу для понимания дисперсии капель.
Простота модели демонстрирует, что бимодальность на самом деле может быть свойством самих капель, и группа предоставляет формулы для прогнозирования того, когда такие капли будут иметь короткие пробеги.
«Наше исследование показывает, что нет линейной зависимости между размером капли и смещением – и маленькие, и большие капли перемещаются дальше, чем средние», – сказала Фелисити Мехендейл, соавтор и академический хирург Эдинбургского университета. "Мы не можем позволить себе останавливаться на достигнутом по поводу мелких капель. СИЗ являются эффективным барьером для крупных капель, но могут быть менее эффективными для мелких."
В качестве решения Мехендейл предложил создать устройство для экстракции аэрозолей.
Команда работает над планами по производству экстрактора аэрозолей, чтобы обеспечить безопасность врачей во время широкого спектра процедур, связанных с образованием аэрозолей, которые обычно выполняются в медицине и стоматологии. Установки для экстракции, расположенные рядом с источниками капель, могут эффективно улавливать капли, если их диаметр меньше диаметра человеческого волоса.
«Это имеет важные последствия для пандемии COVID-19», – сказал Камминс. "Более крупные капли будут легко улавливаться средствами индивидуальной защиты, такими как маски и лицевые щитки. Но более мелкие капли могут проникать через некоторые формы СИЗ, поэтому экстрактор может помочь уменьшить слабость нашей текущей защиты от COVID-19 и будущих пандемий."
Мехендейл сказал, что лучшее понимание поведения капель поможет «информировать о правилах безопасности при процедурах образования аэрозолей, и это будет актуально во время нынешних и будущих пандемий, а также для других инфекционных заболеваний. Эта математическая модель также может служить в качестве основы для моделирования воздействия на дисперсию капель вентиляционных систем, существующих в ряде клинических помещений."