25 / 2025-03-05 21:09:52

室内飞沫扩散和感染风险的敏感性分析：数值与物理模型参数影响

CFD模拟,飞沫间相互作用,飞沫浓度验证

基于数值模拟的飞沫动力学研究为呼吸道传染病的防疫决策提供了重要依据。然而，数值与物理模型参数对飞沫扩散模拟精度的影响机制缺乏系统性评估，亟待深入探讨从而提升防疫策略的科学性。基于目前新发表的飞沫浓度实验数据，我们通过CFD模拟首次揭示了不同网格类型、人体几何模型、热边界条件、飞沫粒径与相互作用对飞沫扩散分布和感染风险的影响。研究发现，Polyhexcore网格同时兼顾了室内气流、飞沫浓度的预测准确性，且模拟所需时间最短。相较于精细化的3D扫描模型，简化人体模型改变人体周围流场和飞沫沉积分布，从而导致易感者感染风险被低估多达两倍。人体表面设置为热通量时，热羽流明显偏弱。与设置为体表温度时相比，造成的感染风险差异可达8.5%。简化的飞沫粒径分布虽不影响扩散路径，但它低估了体表飞沫沉积量而高估了感染风险。当易感者呼吸区飞沫浓度偏高时，飞沫破碎与碰撞使感染风险降低10.66%，因此不能被忽略。