咳嗽产生的呼吸道飞沫的运动

2019冠状病毒病(COVID-19)已成为一种具有高死亡率和强传染性的全球大流行传染性呼吸道疾病。本文研究呼吸道飞沫传播,这对于理解、建模和控制流行病至关重要。在本工作中,我们采用流动可视化、粒子图像测速(PIV)和粒子阴影追踪测速(PSTV)来测量咳嗽过程中气流与飞沫的速度,进而构建了一个考虑蒸发效应的物理模型,以预测不同天气条件下飞沫的运动。实验结果表明,咳嗽气流的对流速度与时间呈 $t^{-0.7}$ 关系;因此,在测量域内距咳嗽者的距离随 $t^{0.3}$ 增加。将这些实验结果代入物理模型揭示:小飞沫(初始直径 $D \leq$ 100 $\mu$m)蒸发为飞沫核,而初始直径 $D \geq$ 500 $\mu$m 且初始速度 $u_0 \geq$ 5 m/s 的大飞沫可传播超过 2 m。低温高相对湿度的冬季条件会导致更多飞沫沉降到地面,这可能是秋冬季第二波大流行的潜在驱动因素。