ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВИРУСНОЙ ИНФЕКЦИИ ВОЗДУШНО-КАПЕЛЬНЫМ ПУТЕМ В ЗАМКНУТЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Аннотация

Воздушно-капельная передача вирусов является ключевым механизмом распространения инфекционных заболеваний в закрытых помещениях, где особенно опасны бессимптомные носители, способные увеличивать скорость формирования очагов заражения. Поведение аэрозольных частиц в воздухе определяется сложной динамикой воздушных потоков, тепловыми эффектами и характеристиками вентиляционных систем, что делает проблему актуальной для разработки эффективных стратегий предотвращения внутрипомещенного заражения. В данной работе выполнено численное исследование распространения капель и вирусных частиц в вентилируемых помещениях на основе решения трёхмерных уравнений Навье–Стокса для несжимаемых потоков в сочетании с моделью дискретной фазы (DPM) и турбулентной модели SST k–ω. Разработанная математическая модель учитывает влияние температуры тела человека, гравитационного осаждения, геометрии помещения, расположения вентиляционных отверстий, а также поведения частиц при дыхании, кашле и чихании. Рассмотрены две конфигурации помещения и два скорости выброса частиц (6, 20 м/с), что позволяет охватить широкий диапазон реальных сценариев. Результаты моделирования демонстрируют, что частицы могут распространяться на расстояние более 5–6 метров, а неправильная или неравномерная вентиляция приводит к формированию зон повышенной концентрации аэрозолей. Показано нелинейное влияние теплового шлейфа человека и конструкции вентиляции на динамику воздушного потока, осаждение и перенос частиц. Полученные данные могут быть использованы для оптимизации систем вентиляции, проектирования безопасных внутренних пространств и разработки протоколов снижения риска передачи инфекций в помещениях. Вычислительная гидродинамика (CFD) предоставляет ценную информацию для обоснования протоколов безопасности и снижения риска передачи инфекции воздушно-капельным путем, что делает предложенный подход особенно значимым для практических применений.