De gedetailleerde fysieke processen en routes die betrokken zijn bij de overdracht van COVID-19 zijn nog steeds niet goed begrepen. Onderzoekers besloten om geavanceerde computationele vloeistofdynamica-tools op supercomputers te gebruiken om het begrip van transmissie te verdiepen en een kwantitatieve beoordeling te geven van hoe verschillende omgevingsfactoren transmissieroutes en infectierisico's in de lucht beïnvloeden.

Een uitbraak in een restaurant in China werd algemeen gerapporteerd als sterk bewijs van door de luchtstroom geïnduceerde overdracht van COVID-19. Maar het ontbrak een gedetailleerd onderzoek over hoe de overdracht precies plaatsvond.

Waarom raakten sommige mensen besmet en anderen in hetzelfde gebied niet? Welke specifieke rol speelden ventilatie en airconditioning bij de overdracht van ziekten? Door deze vragen te onderzoeken, kunnen nauwkeuriger preventieve maatregelen worden ontwikkeld om onze veiligheid te verbeteren.

In Fysica van vloeistoffen, , Jiarong Hong en collega's van de Universiteit van Minnesota rapporteren met behulp van geavanceerde simulatiemethoden om de complexe stromen vast te leggen die optreden wanneer de koude luchtstroom van airconditioners interageert met de hete pluim van een eettafel en het transport van virusbeladende deeltjes binnen dergelijke stromen.

"Onze simulatie legt verschillende fysieke factoren vast, inclusief turbulente luchtstroom, thermisch effect, aerosoltransport in turbulentie, beperkte filtratie-efficiëntie van airconditioners, evenals de complexe geometrie van de ruimte, die allemaal een rol spelen bij de overdracht via de lucht, " zei Hong.

Hoewel er recentelijk veel computersimulatiestudies zijn uitgevoerd naar de overdracht van COVID-19 via de lucht, weinigen koppelen de voorspelling van high-fidelity computationele vloeistofdynamica-simulatie rechtstreeks aan de daadwerkelijke infectie-uitbraken die worden gerapporteerd via contacttracering.

Dit werk is het eerste realistische geval gesimuleerd en direct gekoppeld aan de voorspelling van simulatie.

"Het werd mogelijk gemaakt door geavanceerde rekenhulpmiddelen die in onze simulatie werden gebruikt, die de complexe stromen en aerosoltransport en andere multifysische factoren in een realistische omgeving kan vastleggen, ' zei Hong.

De resultaten laten een opmerkelijk direct verband zien tussen regio's met een hoge aerosolblootstellingsindex en de gerapporteerde infectiepatronen in het restaurant, die een krachtige ondersteuning biedt voor de overdracht via de lucht bij deze algemeen gerapporteerde uitbraak.

Door gebruik te maken van stroomstructuuranalyse en tracering in omgekeerde tijd van aerosoltrajecten, de onderzoekers identificeerden verder twee mogelijke transmissieroutes die momenteel over het hoofd worden gezien:de transmissie veroorzaakt door aerosolen die van onder een tafel opstijgen en transmissie als gevolg van terugkerende aerosolen die gepaard gaan met een beperkte filtratie-efficiëntie van airconditioners.

"Ons werk benadrukt de noodzaak van meer preventieve maatregelen, zoals het beter afschermen onder de tafel en het verbeteren van de filtratie-efficiëntie van airconditioners, "Hong zei. "Wat nog belangrijker is, ons onderzoek toont het vermogen en de waarde aan van high-fidelity computersimulatietools voor de beoordeling van het risico op infectie via de lucht en de ontwikkeling van effectieve preventieve maatregelen."