空气中的粘液飞沫扩散分布及其对疾病缓解的意义

我们在静止空气条件下通过物理实验研究了与人类呼气相对应的粘液飞沫在水平表面上的扩散和沉积。利用高速成像观察了尺寸和速度分布与人类打喷嚏相当的合成荧光标记喷雾。我们表明，虽然一些较大的飞沫遵循抛物线轨迹，但较小的飞沫会悬浮数秒，并以符合浮力云动力学模型的速度缓慢沉降。观察到随着源高度 $H$ 的增加（从坐在桌旁到直立站立），净沉积分布相应变宽。我们发现沉积的粘液在源前方呈指数衰减，在 $H = 0.5$\,m 时于距离 $x = 0.71$\,m 处达到峰值，在 $H=1.5$\,m 时于 $x = 0.56$\,m 处达到峰值，标准差约为 $0.5$\,m。超过 99\% 的粘液沉积在 $x = 2$\,m 范围内，且离源越远着陆时间越快。随后我们证明，与未戴口罩时记录的峰值相比，标准的口鼻口罩可将扩散的粘液减少至少一百倍。