소식

Jun 27, 2023

응축 스프레이의 액적 크기 분포의 이봉 특성 조사

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12006(2023) 이 기사 인용 211 액세스 측정항목 세부정보 호기 중 공기 중의 물방울 생성 과정을 이해하기 위해 이 연구는

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12006(2023) 이 기사 인용

211 액세스

측정항목 세부정보

호기 중 공기 중 액적의 생성 과정을 이해하기 위해 본 연구에서는 응축된 분무 흐름에서 생성된 액적 크기 분포의 이봉 특성 메커니즘을 조사합니다. 위상 도플러 입자 분석기로 측정한 액적 크기 분포와 서미스터로 측정한 온도 분포를 기반으로 응축 스프레이 흐름의 상 변화 과정을 추정했습니다. 중심 축에서 스프레이 내부의 크기 분포는 단봉이었습니다. 대조적으로, 스프레이 흐름의 외부 가장자리에서 크기 분포의 이봉성이 관찰되었습니다. 분무 흐름의 가장자리에서는 큰 온도 구배가 형성되었습니다. 이는 바깥쪽 가장자리에서 결로가 활발히 발생했음을 나타냅니다. 위와 같은 이유로 응축에 의한 외측 가장자리의 수증기 소모로 인해 분무중심에서는 응축이 진행되지 않았으며, 액적직경도 크게 변하지 않았다. 따라서 분무의 중심과 바깥쪽 가장자리 사이의 국부적인 상변화 과정의 차이로 인해 중앙 영역에는 크고 작은 액적이 동시에 존재할 수 있습니다. 결과적으로 응축 스프레이의 크기 분포는 이봉형입니다.

코로나19는 2019년 말 중국 우한에서 처음 확인된 이후 전 세계로 확산됐다. 그것은 계속해서 세상을 변이시키고 파괴하고 있습니다. 신형 코로나바이러스감염증뿐만 아니라, 알려지지 않은 공기·비말 감염에 대해서도 대책이 확립되지 않은 단계에서 '밀폐', '밀집', '밀폐'를 피하는 것이 타당하고 합리적인 조치이다. 기밀성 대책은 공간의 환기와 공기 정화입니다. 이 기술은 기계공학과 유체공학에 기여할 수 있습니다. Wei와 Li1은 실내 환경의 에어로졸 감염을 요약했습니다. 그들은 전송 경로의 범위가 물방울의 직경에 따라 다르다고 언급했습니다. 따라서 실내 환경에서 발생하는 기류에 의한 물방울의 이동은 환기시스템을 설계하고 평가하는데 필수적이다. 환기시스템, 공기정화시스템, 살균장치의 배치를 설계할 때 이론과 수치해석을 바탕으로 비말의 확산경로와 공중에 떠다니는 기간을 예측해야 한다. 이 새로운 코로나바이러스에 대응하여 전 세계 전산유체역학 분야의 연구자들은 물방울에 대한 수치 분석을 수행하고 있습니다. Stiehl et al.2는 재채기에 의해 배출되는 비말의 이동 및 증발에 대한 수치 시뮬레이션을 수행했습니다. 아 등. 실내환기3에 대한 수치유체해석을 실시하고, 기계적 환기와 자연환기 간의 기침으로 인한 비말 및 비말핵 제거 효율을 수치적으로 비교하였다. Tsubokura가 이끄는 연구 그룹은 또한 Fugaku6을 사용한 대규모 수치 해석을 통해 다양한 실내 환경4 및 야외 바비큐5에서 물방울과 에어로졸의 비산과 환기 효과를 수치적으로 재현했습니다. 또한 교실7, 레스토랑8, 도시 버스9, 비행기10, 에어컨 시스템11 등 다양한 상황에서 물방울 이동을 시뮬레이션했습니다.

전산유체역학 해석에서는 각 액적에 대한 주변 공기와의 상대속도에 따른 공기역학적 힘을 고려한 운동방정식을 이용하여 라그랑주 방식으로 액적의 운동을 추적하였다. 시간을 추적하여 물방울의 속도와 위치를 얻었습니다. 입에서 생성된 비말의 경우 실험을 통해 측정된 데이터를 바탕으로 유속의 시간 변화와 발성 및 기침의 비말 크기 분포를 경계 조건으로 제공합니다. 액적 모델의 예로 Bale et al. 말하기 모델을 사용했습니다4. 또한 기침 모델12,13, 재채기 모델14, 기침에도 입이 열리고 닫히는 경우14, 보통 크기의 대화, 큰 소리로 대화하는 경우5 등 실제 측정을 기반으로 한 여러 가지 물방울 모델이 있습니다. . 이러한 모델에서 볼 수 있듯이 액적 수와 유속의 변화는 언어, 말하는 형태, 개인차에 영향을 받으며 그 차이는 문헌에 따라 크게 달라집니다. 실제 현상과 더욱 밀접하게 일치하는 전산유체역학 분석을 수행하기 위해서는 더 많은 측정 데이터가 수집되어야 하며, 호흡기 내 비말 생성과 같이 보다 심층적인 모델 비말에 대한 데이터베이스가 구축되어야 합니다15.