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病毒飞沫在城轨车辆内传播方式的模拟分析

病毒飞沫在城轨车辆内传播方式的模拟分析

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作者：李凤来大连交通大学

学位级别：硕士

近年来,新冠疫情肆虐,已经对全人类造成了不可估量的损失。新冠肺炎等呼吸道疾病主要依靠飞沫来传播疾病,而城轨车辆内部环境复杂、人员密集且流动性大,这就为疾病传播提供了有利条件。为此,研究病毒飞沫在城轨车辆内的传播特性,对于城... 详细信息

近年来,新冠疫情肆虐,已经对全人类造成了不可估量的损失。新冠肺炎等呼吸道疾病主要依靠飞沫来传播疾病,而城轨车辆内部环境复杂、人员密集且流动性大,这就为疾病传播提供了有利条件。为此,研究病毒飞沫在城轨车辆内的传播特性,对于城轨车辆的健康运营具有一定参考意义。本文调研了病毒飞沫的特性及动力学参数信息,并进行了相应的处理;以现有的某地铁B型车为研究对象,建立了车厢内的病毒飞沫蒸发扩散模型;并研究了车内乘客因素对病毒飞沫扩散的影响;对比分析了车内环境变化对飞沫传播的影响;建立了口罩防护效果的仿真模型,对比分析了感染者有无佩戴口罩对车内乘客的影响。结果表明:(1)处在车内任何位置的感染者,其咳嗽呼出的粒径为200μm的飞沫运动距离都不超过1.1m;对于车内悬浮飞沫质量,在感染者咳嗽后的一段时间内,在送风口附近的感染者呼出的飞沫大量沉积而迅速下降,而回风口附近的感染者呼出飞沫无法沉积而处在较高水平,但后续时刻其主要由通风效果决定;感染者在送风口附近会加剧飞沫的扩散,并使得大范围扩散持续更久的时间,而在回风口附近则刚好相反。(2)在车厢内乘客密度处在较低水平时,乘客的密度变化会对车内悬浮飞沫质量产生较大影响;人体表面飞沫沉积质量与车内立席密度成指数增长,排出飞沫质量与立席密度成幂函数衰减。(3)在感染者不同说话时长的条件下,球形监测区内的飞沫峰值浓度在说话时长由10s增至20s时,其峰值浓度骤增,对于站坐两呼吸区截面,飞沫大范围扩散所能持续的时间与说话时长成对数函数增长。(4)车内悬浮飞沫总质量与温度正相关,但影响不显著,在不同温度下车内悬浮飞沫总质量的平均变化比例都在5%以内;车内悬浮飞沫总质量与湿度负相关,但在低湿度的车内环境下,由于飞沫沉积和排出的相互作用,最终车内悬浮飞沫总质量仅增加3%左右,而车内湿度增加则促进飞沫大量沉积,导致车内飞沫总质量下降30%。(5)车门开启10s就能有效减少车内飞沫悬浮质量,但开门使得飞沫扩散到整个计算域,且对于坐立者呼吸区影响更加显著。(6)感染者佩戴口罩后,可有效抑制飞沫扩散,使得每个监测对象开始吸入飞沫时间滞后1-5s,但飞沫会在感染者嘴部附近形成粒子聚集体,导致距感染者较近乘客飞沫吸入量减少比例低于95%。

关键词：病毒飞沫地铁车厢飞沫沉积悬浮飞沫质量口罩

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