De University of Minnesota School of Music maakte zich zorgen over een-op-een onderwijs tijdens de COVID-19-pandemie en vroeg zich af of ze haar ventilatiesysteem moest aanvullen met draagbare HEPA-luchtreinigers.

Dus, schoolbeambten namen contact op met Suo Yang, een professor binnen het College of Science and Engineering, en zijn team om erachter te komen. In Fysica van vloeistoffen , Yang en de onderzoekers beschrijven hun werk om te voorspellen hoe virusdeeltjes zich verspreiden in een muzieklokaal.

"De luchtoverdracht van COVID-19 via druppeltjes of druppelkernen kan worden gemodelleerd als een typische met deeltjes beladen stroom, en simulatiewerk moet de beweging van deeltjes in de turbulente stromingsomgeving nauwkeurig vastleggen, " zei Yang. "De afzetting van deeltjes op de muren en andere oppervlakken moet ook nauwkeurig worden vastgelegd, en we wilden onderzoeken of deeltjes vastzitten in sommige recirculatiezones, geventileerd, of verwijderd door een luchtreiniger."

Hun simulaties suggereren dat een HEPA-luchtreiniger direct voor de persoon of het instrument moet worden geplaatst die aerosolen verdrijft en uit de buurt van andere mensen die in de kamer moeten worden beschermd.

Het doel van de onderzoekers was een ventilatiesnelheid van 288 kubieke meter per uur, volgens de richtlijnen van de Wereldgezondheidsorganisatie, voor elke persoon in de kamer. Naar hun weten, dit is het meest uitgebreide onderzoek naar het gebruik van HEPA-luchtreinigers om COVID-19 te bestrijden.

"Het belangrijkste is dat, hoewel draagbare luchtreinigers erg nuttig kunnen zijn, hun plaatsing is cruciaal, " zei Yang.

Het is absoluut van cruciaal belang om aerosolen niet verder te verspreiden door een zeer dispersieve stroom te induceren, volgens Sai Ranjeet Narayanan, een afgestudeerde onderzoeksassistent die met Yang werkt.

Een grote verrassing voor de onderzoekers was dat draagbare HEPA-luchtreinigers aerosolen in de lucht zo veel sneller verminderen dan alleen ventilatie, wat een orde van grootte hogere aerosolverwijdering biedt in vergelijking met het niet gebruiken van een luchtreiniger.

Als het debiet van het HVAC-systeem bekend is, dit werk kan als richtlijn dienen voor de grootte en het aantal benodigde draagbare luchtreinigers, evenals waar ze te plaatsen.

"Ons werk geeft ook een richtlijn voor hoe lang een pauze tussen de lessen nodig is om de veiligheid van de volgende les te garanderen, wat in dit geval ongeveer 25 minuten is, " zei Yang.

"En het heeft een analytische functie, blijkt een lineaire functie te zijn, om voorspellingen te doen voor de aerosolverwijdering, afzetting, of opschortingssnelheid in bijna elk scenario:ademhaling, spreken, zingen, hoesten, niezen, verschillende blaasinstrumenten, met en zonder masker."

In de toekomst, "we zijn van plan om grotere domeinen met meer mensen te modelleren, zoals bands, orkesten, of een groepsbijeenkomst, "Zei Narayanan. "En we kunnen ook de prestaties van verschillende soorten luchtreinigers vergelijken."