让看不见的「杀手」有迹可循 | 仿真粒子分布如何更好地预测病毒传播
让看不见的「杀手」有迹可循 | 仿真粒子分布如何更好地预测病毒传播
或许在2020年这场疫情到来之前，喷嚏只是喷嚏，而当下时刻：
“你对面的人对着你打了一个喷嚏”
其严重程度与科幻影片中的「世界末日」不分伯仲。
通常情况下，打喷嚏或咳嗽并不是一件令人担忧的问题。然而在COVID-19时代，在公共场所打喷嚏或咳嗽则会引起周围人群的高度警觉，甚至四散跑走寻求掩护。因为对他们而言，喷嚏和咳嗽就相当于一个看不见的“定时炸弹”，会把潜在的危险粒子散布到很广的范围，而问题又在于每次打喷嚏或咳嗽都是不同的，其中的粒子没有稳定的运行轨迹，所以很难预测这些粒子会落在何处。
为了解决这一困扰，目前，达索系统SIMULIA一组专家团队一直在研究使用仿真技术，特别是用流体软件，以研究喷嚏和咳嗽散播水滴的方式，因为这些水滴很可能会将病毒原体传播到物体表面和空气中。该团队的研究始于大约9年前，但当初与如今的研究目的不尽相同：之前研究的重点是模拟汽车轮胎在行驶时卷起的水滴，以及降雨和灰尘等粒子。而当他们得知需要仿真病毒的传播方式时，研究团队知道到他们已经掌握了正确的仿真物理方法。
达索系统SIMULIA流体高级专家Jonathan Jilesen表示：“如果我们要通过实验进行此操作，那么每次尝试打相同的喷嚏都会有很多问题。相对而言，CFD更容易量化，因为我们可以跟踪每个粒子撞击到表面以及到达的位置，因此我们可以在不同的设计之间看到非常明显的差异。我们还可以可视化每条轨迹，从而使我们能够了解它们如何到达目的地的。”
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最初，该团队计划研究呼吸颗粒，主要是为了设计更好的吸入器。但是，随着COVID-19的蔓延，创造更好的PPE的需求至关重要。通过CFD仿真，研究人员可以观察到PPE的不同形式如何有效地将微粒远离他们想要保护的人。
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Jilesen说：“许多口罩的设计在网上被分享，以供制造商进行3D打印或以其他的方式制造，尽管这些制造商的意图可能是好的，但其设计可能存在某些缺陷。最有效的设计需要一个能覆盖在前额的，形成牢固密封并防止颗粒从上方掉落的组件。仿真结果导致更新的面罩设计开始分发，以提供更好的保护。”
仿真打喷嚏和咳嗽还可以使研究人员看到物体表面是如何被污染的，从而使医院和公共场所可以采取更好的清洁措施。从仿真中收集的数据不仅可以用于改善医院的通风，还可以用来改善交通工具的通风，如果有人咳嗽或打喷嚏，那么交通工具则是特别危险的地方。更好的通风设计可能会阻止病毒颗粒通过空气重新分布。
流体技术团队还正在研究其他项目，包括：如何在飞机上更好的安置乘客，以便更好地防止乘客生病时的交叉污染。同时，该团队还与麻省理工学院合作，帮助设计一种护罩，以便在为患者插管时保护医生。
所有正在进行的研究都得出了一些令人不安的结论。例如，病毒粒子可以沉积在物体表面，但随后又可重新进入空气，且可以在那里停留数小时。如果您在杂货店里有人对您打喷嚏或咳嗽，这些病毒粒子可能会落在您的外套上，一直停留到您把外套脱掉。在这一刻，脱掉外套的动作又可能使得粒子被释放回空气中。
仿真结果验证了许多医生警告过的：病毒颗粒一旦进入空气中，就可能停留很长时间。这就是人们在不靠近打喷嚏或咳嗽的人的情况下患病的原因。
这一信息可能令人沮丧，但它解释了很多有关病毒传播以及如何通过更好的PPE、清洁技术和通风来预防病毒的方法。目前，COVID-19似乎是一个无法解决的问题，但是达索系统SIMULIA以及世界各地的科学家们正夜以继日致力于研究工作，努力尽早让疫情得到控制。
在COVID-19疫情危机下，当有人打喷嚏时，包括气溶胶在内的携带病毒的污染颗粒会分布到周围空间中，精准的仿真空气中的气溶胶分布变得非常重要。使用达索系统SIMULIA PowerFLOW粒子跟踪技术，可以对喷嚏中的水和飞沫进行精确的CFD 流体仿真，并采用3DEXPERIENCE平台中的Creative Experience技术对仿真结果进行高性能渲染。仿真表明打喷嚏产生的扰动气流会将飞沫带到三英尺高的地方，并可以比较不同防护情况下如肘部遮挡、戴口罩的区别。在办公室、教室、机场、高铁站等人员聚集区，还可通过该仿真技术优化暖通系统的运营来增强空气中的飞沫扩散能力和环境舒适度，确保人员的安全。
SIMULIA提供了先进的仿真产品组合，包括Abaqus，Isight，Fe-safe，Tosca，Simpoe-Mold，SIMPACK，CST Studio Suite，XFlow，PowerFLOW等。SIMULIA学习社区是查找SIMULIA软件最新资源并与其他用户进行协作的地方。SIMULIA学习社区是打开创新思维和知识基础之门的钥匙，它随时随地为您提供了扩展知识所需的工具。
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