Computersimulaties worden de afgelopen maanden met groot succes ingezet om de verspreiding van het COVID-19-virus in uiteenlopende situaties in beeld te brengen. In Fysica van vloeistoffen , onderzoekers leggen uit hoe turbulentie in de lucht verrassend en contra-intuïtief gedrag van uitgeademde druppeltjes kan veroorzaken, mogelijk beladen met virussen.

Onderzoekers van de University of Florida en de Libanese American University voerden gedetailleerde computersimulaties uit om een ​​eerder ontwikkelde wiskundige theorie te testen. Ze ontdekten dat bijna identieke uitademingen zich in verschillende richtingen konden verspreiden wanneer minuscule initiële variaties aanzienlijk worden versterkt door turbulentie. Dit is het zogenaamde vlindereffect.

De onderzoekers noemen het volume uitgeademde lucht in één hoest of nies een trekje. Ze ontdekten dat de meeste vloeibare druppeltjes die mogelijk een virus kunnen bevatten, in de trek blijven terwijl deze zich verspreidt. Echter, een klein aantal druppels wordt met bijna ballistische snelheden uit de bladerdeeg geworpen, het grootste deel van de uitgeademde lucht ruimschoots voorbijschieten.

De druppels die als kogels uit de rookwolk schieten, zijn groter dan de norm, terwijl degenen die binnen de trekje blijven kleiner zijn. Aanvullend, de auteurs ontdekten dat het deel van het trekje dat met een hogere snelheid vooruitgaat, een paar druppels mee zou slepen. Dit door turbulentie veroorzaakte mechanisme geeft een verklaring waarom uitgestoten druppels soms zo ver van de bron gaan.

"Een van onze interessante bevindingen was dat een klein deel van de luchtstroom kon loskomen, " zei auteur Nadim Zgheib. "Het losgemaakte gedeelte lijkt op een vortex-ringachtige structuur en beweegt relatief snel voort in een richting die enigszins afwijkt van de stroomrichting."

De afgepelde delen zijn ringvormig, waardoor de gescheiden luchtzakken met hogere snelheid vooruit kunnen gaan, mogelijk verspreiden van gevaarlijke virus-beladen druppeltjes over een groot gebied.

"We hebben gemerkt dat het midden van de gescheiden trek vrijwel geen druppeltjes bevat, ", zei auteur Jorge Salinas.

De richting waarin dit vrijstaande deel gaat, is niet te voorspellen. Meerdere runs onthulden dat losse zakjes met virus beladen lucht in vele richtingen konden reizen, grote afstanden van de mogelijk besmette persoon bereiken.

Terwijl druppels worden meegesleurd door de afgepelde luchtzak, anderen blijven gestrand in het hoofdgedeelte van de trek. De dichtheid van deze druppeltjes is aanzienlijk hoger dan de omringende lucht, dus ze hebben de neiging om onder de zwaartekracht te bezinken en uiteindelijk op de grond of onderliggende oppervlakken te landen.