Исследование, опубликованное недавно в журнале Physics of Fluids, проводится в критический момент, когда школы и университеты рассматривают возможность вернуться к большему количеству очных занятий осенью.
«Исследование важно, поскольку оно дает представление о том, как мы понимаем безопасность в помещениях», – говорит Майкл Кинзель, доцент кафедры механической и аэрокосмической техники UCF и соавтор исследования.
«Исследование показало, что маршруты передачи аэрозолей не требуют шести футов социального дистанцирования, когда требуются маски», – говорит он. "Эти результаты подчеркивают, что с масками вероятность передачи не уменьшается с увеличением физического расстояния, что подчеркивает, как требования маски могут быть ключом к увеличению пропускной способности в школах и других местах."
В ходе исследования исследователи создали компьютерную модель класса со студентами и учителем, затем смоделировали воздушный поток и передачу болезней и рассчитали риск передачи через воздух.
Модель классной комнаты составляла 709 квадратных футов с потолками высотой 9 футов, что похоже на университетскую классную комнату меньшего размера, говорит Кинзель. У модели были ученики в масках – любой из которых мог заразиться – и учитель в маске в передней части класса.
Исследователи исследовали класс, используя два сценария – вентилируемый класс и невентилируемый – и используя две модели, Уэллса-Райли и вычислительную гидродинамику. Wells-Riley обычно используется для оценки вероятности передачи внутри помещений, а Computational Fluid Dynamics часто используется для понимания аэродинамики автомобилей, самолетов и подводного движения подводных лодок.
Было показано, что маски полезны, так как предотвращают прямое воздействие аэрозолей, поскольку маски создают слабый поток теплого воздуха, который заставляет аэрозоли двигаться вертикально, предотвращая их попадание на соседних студентов, говорит Кинзель.
Кроме того, система вентиляции в сочетании с хорошим воздушным фильтром снижает риск заражения на 40-50% по сравнению с классной комнатой без вентиляции. Это связано с тем, что система вентиляции создает постоянный воздушный поток, который направляет многие аэрозоли в фильтр, который удаляет часть аэрозолей, по сравнению со сценарием без вентиляции, когда аэрозоли собираются над людьми в комнате.
Эти результаты подтверждают недавние рекомендации U.S. Центры по контролю и профилактике заболеваний, которые рекомендуют сократить социальное дистанцирование в начальных школах с шести до трех футов, когда использование масок является универсальным, говорит Кинзель.
«Если мы сравним вероятности заражения при ношении масок, три фута социального дистанцирования не указали на увеличение вероятности заражения по сравнению с шестью футами, что может служить доказательством того, что школы и другие предприятия смогут безопасно работать в течение остальной части пандемии», – сказал Кинзель. говорит.
«Результаты показывают, что именно делает CDC, что системы вентиляции и использование масок являются наиболее важными для предотвращения передачи инфекции, и что социальное дистанцирование было бы первым делом, чтобы расслабиться», – говорит исследователь.
При сравнении двух моделей исследователи обнаружили, что Wells-Riley и Computational Fluid Dynamics дали аналогичные результаты, особенно в невентилируемом сценарии, но что Wells-Riley занижает вероятность заражения примерно на 29 процентов в вентилируемом сценарии.
В результате они рекомендуют применить некоторые дополнительные сложные эффекты, зафиксированные в вычислительной гидродинамике, к Уэллсу-Райли, чтобы получить более полное представление о риске заражения в космосе, – говорит Аарон Фостер, докторант кафедры механики и технологий UCF. Aerospace Engineering и ведущий автор исследования.
«Хотя подробные результаты вычислительной гидродинамики позволили по-новому взглянуть на вариацию рисков и взаимосвязь между ними, они также подтвердили, что наиболее часто используемые модели Уэллса-Райли отражают большую часть преимуществ вентиляции с разумной точностью», – говорит Фостер. "Это важно, поскольку это общедоступные инструменты, которые может использовать каждый для снижения риска."
Исследование является частью более масштабных общих усилий по контролю за передачей болезней, передаваемых воздушным путем, и лучшему пониманию факторов, связанных с тем, чтобы быть суперраспространителем. Исследователи также проверяют влияние масок на расстояние передачи аэрозолей и капель.
Работа частично финансируется Национальным научным фондом.
Кинзель получил докторскую степень в области аэрокосмической техники в Университете штата Пенсильвания и присоединился к UCF в 2018 году.
Помимо того, что он является членом Департамента машиностроения и аэрокосмической техники UCF, входящего в Колледж инженерии и информатики UCF, он также работает с Центром перспективных исследований турбомашин и энергетики UCF.