МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЧАСТИЦ SARS-COV-2 ПРИ РЕФЛЕКСАХ ЧЕЛОВЕКА

Неизвестный вирус, обнаруженный в городе Ухань в 2019 г., изменил судьбу мира, вызвав экономический ущерб, сокращение общей численности населения и т.д. Проникновение зараженных коронавирусом частиц в клетку человека способно вызвать перепроизводство цитокинов и антител. Этот процесс приводит к летальному исходу. Следовательно, из-за патогенности, серьезности и неожиданности SARS-CoV-2 необходимо принять эффективные меры безопасности. Наряду с безопасным социальным дистанцированием и ношением маски наличие кондиционера, системы вентиляции и открытых окон может снизить распространение коронавируса в закрытых помещениях. Данная статья посвящена моделированию распространения частиц коронавируса при дыхательных рефлексах человека в трехмерном ограниченном пространстве с входными и выходными граничными условиями. Для решения задачи использовались уравнения импульса и неразрывности, k-ε модель турбулентности и модель дисперсии Лагранжа. SIMPLE – это основной метод решения всех основных уравнений. Основные цели этой работы – продемонстрировать эффективность кондиционирования воздуха и открытых окон в предотвращении распространения вирусов и изучить движение частиц в вычислительной области.

1. Asadi S., Bouvier N., Wexler A.S. & Ristenpart W.D. (2020) The coronavirus pandemic and aerosols: Does COVID-19 transmit via expiratory particles? Aerosol Science and Technology, 54:6, pp. 635–638. https://doi.org/10.1080/02786826.2020.1749229

2. Anderson E.L., Turnham P., Griffin J.R. & Clarke C.C. (2020) Consideration of the Aerosol Transmission for COVID-19 and Public Health, Society for Risk Analysis, 40:5, pp. 902–907. https://doi.org/10.1111/risa.13500

3. Stadnytskyi V., Bax C.E., Bax A. & Anfinrud P. (2020) The airborne lifetime of small speech droplets and their potential importance in SARS-CoV-2 transmission. PNAS, 117:22, pp. 11875–11877. https://doi.org/10.1073/pnas.2006874117

4. Vuorinen V., Aarnio M., et al (2020) Modelling aerosol transport and virus exposure with numerical simulations

5. in relation to SARS-CoV-2 transmission by inhalation indoors, Safety Science, 130. https://doi.org/10.1016/j.ssci.2020.104866

6. Armand P., & Tâche, J. (2022, March 7) 3D modelling and simulation of the dispersion of droplets and drops carrying the SARS-CoV-2 virus in a railway transport coach, Scientific Reports, 12(1). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08067-6

7. Mariam, Magar A., Joshi M., Rajagopal P.S., Khan A., Rao M.M. & Sapra B.K. (2021, June 23) CFD Simulation of the Airborne Transmission of COVID-19 Vectors Emitted during Respiratory Mechanisms: Revisiting the Concept of Safe Distance, ACS Omega, 6(26), 16876–16889. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c01489

8. Mirzaie, M., Lakzian, E., Khan, A., Warkiani, M. E., Mahian, O., & Ahmadi, G. (2021, October) COVID-19 spread in a classroom equipped with partition – A CFD approach, Journal of Hazardous Materials, 420, 126587. https:// doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126587

9. Abuhegazy M., Talaat K., Anderoglu O. & Poroseva S. V. (2020, October 1). Numerical investigation of aerosol transport in a classroom with relevance to COVID-19, Physics of Fluids, 32(10), 103311. https://doi.org/10.1063/5.0029118 9 Narayanan S.R. & Yang S. (2021, March 1) Airborne transmission of virus-laden aerosols inside a music classroom: Effects of portable purifiers and aerosol injection rates, Physics of Fluids, 33(3), 033307. https://doi.org/10.1063/5.0042474

10. Ahmadzadeh M., Farokhi E. & Shams M. (2021, September) Investigating the effect of air conditioning on the distribution and transmission of COVID-19 virus particles, Journal of Cleaner Production, 316, 128147. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128147

11. Liu H., He S., Shen L. & Hong J. (2021, February 1) Simulation-based study of COVID-19 outbreak associated with air-conditioning in a restaurant, Physics of Fluids, 33(2), 023301. https://doi.org/10.1063/5.0040188

12. Mathai V., Das A., Bailey J.A. & Breuer K. (2021, January). Airflows inside passenger cars and implications for airborne disease transmission, Science Advances, 7(1). https://doi.org/10.1126/sciadv.abe0166

13. Jayaweera M., Perera H., Gunawardana B. & Manatunge J. (2020, September). Transmission of COVID-19 virus by droplets and aerosols: A critical review on the unresolved dichotomy, Environmental Research, 188, 109819. https:// doi.org/10.1016/j.envres.2020.109819

14. Issakhov A., Zhandaulet Y., Omarova P., Alimbek A., Borsikbayeva A., & Mustafayeva A. (2021, May 3). A numerical assessment of social distancing of preventing airborne transmission of COVID-19 during different breathing and coughing processes, Scientific Reports, 11(1). https://doi.org/10.1038/s41598-021-88645-2

15. Busco G., Yang S.R., Seo J. & Hassan Y.A. (2020, July 1) Sneezing and asymptomatic virus transmission, Physics of Fluids, 32(7), 073309. https://doi.org/10.1063/5.0019090

16. Mortazavi H., Beni H.M., Aghaei F. & Sajadian S.H. (2021, March) SARS-CoV-2 droplet deposition path and its effects on the human upper airway in the oral inhalation, Computer Methods and Programs in Biomedicine, 200, 105843. https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2020.105843

17. Guan Y.D., Ramesh A. & Memarzadeh F. (2014, December). The Effects of Patient Movement on Particles Dispersed by Coughing in an Indoor Environment. Applied Biosafety, 19(4), 172–183. https://doi.org/10.1177/153567601401900401

18. Wang J.X., Li Y.Y., Liu X. D. & Cao X. (2020, August 1) Virus transmission from urinals, Physics of Fluids, 32(8), 081703. https://doi.org/10.1063/5.0021450

19. Versteeg H. & Malalasekera W. (2007, February 6) An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method. https://doi.org/10.1604/9780131274983

20. Deng B., Wang J., Tang J. & Gao J. (2018, August). Improvement of the momentum method as the diffuser boundary condition in CFD simulation of indoor airflow: Discretization viewpoint, Building and Environment, 141, 55–60. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2018.05.050