病毒防护面罩的数值模型
流体动力学
2025-08-29 v1
摘要
传统面罩在广泛使用（例如新冠疫情期间）时较不透气，迫使含有气溶胶的呼吸向周围大气中通过面罩侧缝“渗漏”。这会保护靠近的人，但导致高病毒负荷释放到空气中。另一种面罩Virustatic Shield 由Virustatic 开发，采用更透气的材料并涂覆活性剂，旨在增加通过面罩的传播，从而减少释放的病毒负荷。本文构建并求解描述面罩中气流和气溶胶传输的数值模型。我们的气流模型基于低努力数近似Navier--Stokes 方程，化简为面罩局部通量的二维标量偏微分方程。我们利用该模型探讨了面罩侧缝渗漏与直接通过之间的相互作用。我们比较了传统面罩和颈部口罩的渗漏情况，发现颈部口罩渗漏更低。我们利用简单模型描述气溶胶传输，通过平衡迁移与面罩捕获，发现存在一种理想的透气性，可优化面罩在实际中提供的保护。
引用
@article{arxiv.2508.20801,
title = {Mathematical Modelling of Face Coverings for Virus Protection},
author = {Matthew D. Shirley and Ian M. Griffiths and Joseph Houghton and Lucy Hope and Paul Hope and Christopher. J. W. Breward},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.20801},
year = {2025}
}