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仿真告诉你,开窗通风有助防疫

仿真告诉你,开窗通风有助防疫 北京市计算中心有限公司
2020-03-13
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导读:北京市计算中心CAE事业部,依托基于互联网——工程实验室的软硬件资源,可提供从设计、仿真模拟、实验测试到系统开发在内的系列解决方案。
2019年12月以来,新型冠状病毒给我们的工作和生活造成了很大影响。在全国医护人员的努力以及病患、民众的团结奋战下,我国已有很多地区做到了确诊病例“清零”。但是,抗击新冠肺炎的结束期尚未到来,我们仍然不能松懈,仍需做好防护工作。
专家指出,抗击新冠肺炎,做好预防最关键。戴口罩,勤洗手,多通风,都是非常重要的手段。但是很多人对开窗通风手段的作用不是很理解,今天我们就用仿真的手段来看一下。

   首先我们建立一个长、宽、高分别为4.8m、4 m、2.8m的房间模型,这里暂时没有考虑房间内家具和摆设等的影响。房间内有一名感染了新冠肺炎的病人(将其简化为头、躯干和腿三部分),如图1所示。设定其嘴部呼吸、说话、咳嗽等方式呼出的气体(称为“有毒气体”)中病毒均匀分布,且气体为连续呼出。采用HyperMesh软件对计算域划分网格,网格总数约148万。

采用Fluent软件对“有毒气体”的扩散进行仿真,室内有毒气体的扩散为湍流扩散,空气为不可压缩流体,采用标准k-e模型模拟湍流流动;假设“有毒气体”与空气完全混合,采用组分传输方程计算其浓度分布。仿真过程中,病人呼气量取为100L/min(考虑到病人咳嗽等原因,呼气量比正常情况取值偏大)。我们考虑了两种不同情况:
1)无通风,在气密性良好的房间中门窗紧闭;
2)自然通风,一侧开窗,一侧开门。假设窗户为推拉窗,仅开启图1中最左侧区域,房间窗户一侧为北边,风向为北风,查阅资料发现北京冬季平均风速为2.8m/s,这里取风速为2 m/s
两种条件下,室内“有毒气体”浓度随时间变化情况如下面动画所示。

   

无通风


自然通风





两种情况下“有毒气体”体积分数情况


无通风
“有毒气体”体积分数
自然通风
“有毒气体”体积分数
自然通风时
“有毒气体”去除率
1  min
0.00179
0.00107
40.22%
2  min
0.00358
0.00131
63.41%
3  min
0.00536
0.00138
74.25%

 在3分钟时,以坐着的病人嘴部所在高度(距离地面1.2m)处“有毒气体”分布云图如下面两图所示。在不通风的室内,经过3分钟后,“有毒气体”主要分布在病人前方,很大范围内体积分数都高于0.2,随着时间的推移;而同样时刻,在自然通风的房间内,“有毒气体”只在病人面前大约20cm范围内浓度较高,房间内其他区域浓度都非常低。因此,可以说自然通风环境更有利于室内病毒气体的去除。


无通风时“有毒气体”分布

自然通风时“有毒气体”分布


通过我们简化后的仿真可以看出,开窗通风,可以有效降低空气中的病毒含量,有利于预防新冠肺炎或流感等传染性疾病。因此,希望大家按照专家的建议多通风,保持室内空气流通,避免到封闭、空气不流通的公众场所。

仿真模拟与测试技术在日常应用与工业化开发方案中得到广泛使用,从概念调查阶段到现场试验和生产一致性评估,仿真的应用可以辅助企业减少开发时间和成本。北京市计算中心CAE事业部,依托基于“互联网+”智能装备云服务技术北京市工程实验室的软硬件资源,可提供从设计、仿真模拟、实验测试到系统开发在内的系列解决方案。


【声明】内容源于网络
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北京市计算中心有限公司
成立于1973年,国内最早的一批计算中心之一,致力于应用计算技术研究和服务。2010年,创建“工业云”服务平台,面向工业企业尤其是对制造型中小企业提供产品创新的公共服务平台。2011年,工业云成为北京市“祥云计划”十大重点示范工程项目之一。
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北京市计算中心有限公司 成立于1973年,国内最早的一批计算中心之一,致力于应用计算技术研究和服务。2010年,创建“工业云”服务平台,面向工业企业尤其是对制造型中小企业提供产品创新的公共服务平台。2011年,工业云成为北京市“祥云计划”十大重点示范工程项目之一。
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