基于粒子尺寸测量与蒸发模型的咳嗽颗粒初始粒径分布CFD模拟研究

这篇研究通过结合光学粒子尺寸仪（OPS）实验测量与计算流体力学（CFD）模拟，提出了一种创新方法推断咳嗽颗粒的初始粒径分布，并验证了蒸发模型对颗粒暴露预测的影响。研究揭示了初始粒径分布在CFD模拟中的关键作用，为呼吸道疾病（如COVID-19）的飞沫传播风险评估提供了高精度预测工具。

　　

Highlight

本研究通过实验测量与CFD模拟相结合，揭示了咳嗽颗粒初始粒径分布的关键作用，并量化了蒸发模型对暴露预测的影响，为呼吸道疾病传播机制研究提供了新视角。

Shrinkage factor for particle size

为明确环境条件对颗粒蒸发、扩散及采样过程的影响，附录提供了风洞内温度与速度矢量分布图。图8展示了CASE 0中收缩因子的构建过程：图8(a)(b)显示初始直径<32 μm的颗粒在相对湿度34%下收缩因子稳定在0.26–0.27，达到准平衡状态。

Conclusions

1. 1.

   通过逆向推断发现，仅当采用30–60 cm采样点数据时，初始粒径分布能通过CFD模拟复现实验测量值；

2. 2.

   蒸发模型对暴露颗粒数量浓度预测影响微弱，但会显著改变颗粒尺寸分布，进而影响呼吸道沉积风险；

3. 3.

   本研究提出的方法为短距离飞沫传播模拟提供了可靠输入参数，但需进一步验证复杂环境下的适用性。

CRediT authorship contribution statement

作者贡献声明：Ryozo Ooka负责方法论构建与基金支持；Yunchen Bu完成主要写作与数据分析；团队其他成员分别参与实验设计（Wonseok Oh）、模型验证（Hideki Kikumoto）与算法开发（Chao Lin）。

Data availability

数据可根据请求提供。

Declaration of Competing Interest

作者声明无利益冲突。

Acknowledgements

感谢日本学术振兴会（JSPS）和日本科学技术振兴机构（JST）的经费支持（项目编号23K17332与JPMJSP2108）。