复工战疫,MSC Cradle病毒扩散模拟锁定巴士最安全位置

2020-04-02来源: EEWORLD关键字:MSC

针对大巴长时间回程过程中,如果万一有病毒携带者,对周围的影响大家非常关心。而病毒携带者的位置,以及间隔不同病毒携带者的距离下,到底有多大影响,可以通过海克斯康MSC Cradle软件进行分析。

 

1. 模型介绍

 

本次模型采用如下4x11列座位的大巴,每个座位上方有空调出风口,同时司机旁边也有空调出风口,空调回风口在靠近前方的顶上。

 

 

模型示意图

 

 

2. 计算方法

 

对于密闭的大巴空间里,一旦有病毒携带者,则会持续不断的释放病毒,而大巴内主要通过空调换气。实际上不同位置的空气品质是不同的,如果换气效率好,即使空气中有病毒,但很快就会排出去,但如果换气效率不好,一旦释放出病毒,将长时间停留在空间里,会大大提高被感染的可能性。本次分析中针对换气效率,采用空气龄来判断。

 

空气龄,即空气质点的空气龄(Age of air),是指空气质点自进入房间至到达室内某点所经历的时间,反映了室内空气的新鲜程度,它可以综合衡量房间的通风换气效果,是评价室内空气品质的重要指标。

 

本次分析中假设病毒足够小,与空气一起流动。

 

3. 大巴内的气体流动分析

 

CASE 1:

 

首先分析大巴内的流动,一开始分析中空调出风口流速采用1m/s。以下所示的是气体流动示意图。

 

 

同时来研究换气效率,以下所示的是空气龄的变化。

 

 

空气龄分布

 

司机位置换气效率最差,司机位置的换气所需时间都需要6分钟,这样一旦大巴内病毒存在,由于病毒停留时间的过长,司机很容易吸入病毒,包括座位席前方的换气效率也是比较差的。还有危险较大区域是后方,后方的换气效率也是较差。从换气效率看,最好是中间,靠近排风口位置。

 

4. 不同位置对环境的影响

 

CASE 2-4:

 

以下考虑了病毒携带者坐在不同位置时,研究了污染区域以及影响范围。

 

 

首先我们来看一下当病毒携带者坐在最后方座位时,病毒的扩散过程。

 

视频中首先显示的是病毒不同浓度的区域的变化,颜色越蓝,浓度越小。从图中可知座位旁边,座位前方影响最大,同时病毒随时间的扩散来看,一直影响到前方,司机位置上都有病毒存在。另一方面病毒从病毒携带者释放之后,很快就会稀释,除了前后方,左边乘客之外,浓度已经大大降低。那就是后边乘客较为安全。

 

 

病毒携带者在后方时的病毒扩散情况

 

继续看病毒携带者坐在中间位置以及最前方位置时,病毒的扩散过程。

 

从视频中可知病毒从病毒携带者出来之后,通过前方的座位下往前上方扩散,这对前方客户影响最大,当然如果座位下面放包等影响病毒通过另当别论,这也是受通风系统的影响,因为空调出风口也正好在顶上,出来的风直接携带病毒扩散。从结果可知,如果病毒携带者坐在中间,对其后方的影响很小,但坐在病毒携带者位置前方一排两个人影响最大。而坐在最前方影响最大区域是司机,以及座位旁,后方等位置,这也符合空调气流运动。视频中粒子所示的是病毒携带气体,离开释放者之后,病毒慢慢稀释,到司机位置病毒已经被稀释了很多,视频后半部分是去掉低浓度气体之后所示的,因此除了病毒携带者以外,其实浓度已经很低了,但也不能忽视。

 

 

病毒携带者在最前方时的病毒扩散情况

 

以上结合空气龄可知,司机位置换气效率差,因此病毒也最容易堆积在司机位置。

 

针对上述三种情况,进一步云图观察一下。

 

 

图:病毒浓度在呼吸高度位置的分布

 

上图是病毒浓度影响较大区域在座位呼吸高度位置的分布。基本影响范围跟上述描述一致,而在中间位置时影响区域面积最小。

 

 

图:病毒浓度结合空气龄在呼吸高度位置的分布

 

上图中蓝白色部分是空气龄,白色表示停留时间越长,图中所示的是停留时间3分钟以上区域,白色区域停留时间超过10分钟区域。以上结合空气龄可知,最前方最危险,中间病毒释放人员另一侧位置是最安全的。

 

5. 优化

 

为了改进司机位置的换气效率进行了以下两种分析。

 

第一种司机旁的窗户打开,另外一种空调风速加大。

 

以下所示的是开窗之后与之前的空气龄比较,从图中可知,司机所在位置的换气效率有所提高。当开窗之后,空气龄480s区域已经不存在了。

 

 

 

进一步比较空调出风口速度加大之后换气效率的变化。当流速变大之后,换气效率的确提高了。

 

 

 

 

图:病毒浓度结合空气龄在呼吸高度位置的分布

 

结合空气龄显示的话,虽然出风口速度加大之后,虽然有效影响区域有所变大,但停留时间短,一旦排风,很快排出去,所以感染可能性就会降低。

 

最后为了降低后方位置病毒携带者的影响,采取侧窗打开时对病毒扩散区域有什么变化进行研究。

 

从变化可知,当侧窗打开之后,后方的病毒很少能跑到前方,只会影响周围,而对四周的影响没有太大变化。

 

以上四种进行比较可知,开窗之后,有效影响浓度范围有所减少,最为明显的是停留时间大大缩小,换气效率大大提高了。

 

 

6. 总结

 

以上主要针对大巴病毒携带者上车时,对周围有什么影响进行仿真研究。此研究也不仅仅针对大巴,如高铁,飞机,研究方法都是一样,同时也需要根据不同通风系统,影响区域也是不同。

 

如果病毒携带者坐在最后方,影响最大,这也说明越远离空调出口位置坐着病毒携带者,对周围的影响越大,最重要的还是多换气,如果能开窗,尽量保持开窗。针对上述车型以及空调环境下,中间位置是相对最安全的。

 

影响区域也跟空调系统布置有关,同时本次研究病毒携带者没有戴口罩情况,如果大家都戴口罩,影响远远小于分析结果。

关键字:MSC 编辑:muyan 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic493207.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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