آموزش شبیه سازی انتشار ویروس کرونا از طریق سرفه یک فرد مبتلا به بیماری کرونا به فرد سالم درون بانک

آموزش شبیه سازی انتشار ویروس کرونا از طریق سرفه یک فرد مبتلا به بیماری کرونا به فرد سالم درون بانک


500,000 تومان

آخرین بروزرسانی : 30 آذر, 1400

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی انتشار ویروس کرونا از طریق سرفه یک فرد مبتلا به بیماری کرونا به فرد سالم درون بانک در نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی ان (msh.) را دریافت خواهید کرد.


تمامی محصولات شامل فایل های Geometry و Mesh بوده و آموزش محصولات به صورت یک جلسه آنلاین یک ساعته خواهد بود.

نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی انتشار ویروس کرونا از طریق سرفه یک فرد مبتلا به بیماری کرونا به فرد سالم درون بانک

شرح مسأله

بیماری کرونا (covid 19) به عنوان بزرگ ترین چالش کنونی بشر در جهان شناخته شده و قدرت سرایت بالای این بیماری بسیار مشکل زاست. سرفه یا عطسه فرد مبتلا به کرونا بدون ماسک در یک فضای عمومی موجب انتشار ویروس های این بیماری در آن فضا و انتقال به افراد سالم در آن محیط می گردد. بسیاری از اماکن عمومی مثل بانک می تواند به انتقال ویروس از طریق یک فرد ناقل بیماری به یک فرد سالم در یک فاصله محدود و بدون مانع کمک نماید. در این پروژه سعی شده است که براساس روش CFD و با استفاده از نرم افزار ansys fluent به شبیه سازی انتشار ذرات ویروس از دهان یک بیمار ناقل کرونا درون یک فضای محاسباتی مشخص درون بانک پرداخته شود. هدف از کار حاضر، بررسی قدرت انتشار ذرات ویروس درون فضای موجود در بانک از فرد بیمار (مثلاً مشتری بانک) به فرد سالم (مثلاً کارمند بانک) می باشد. این فرایند شبیه سازی در دو حالت مختلف انجام گرفته است؛ به طوری که در مدلسازی اول، هیچ گونه پوشش یا کاوری بین فرد بیمار و فرد سالم تعریف نشده است تا قدرت انتقال ویروس به خوبی نمایش داده شود اما در مدسازی دوم، سعی شده است تا یک پوشش یا کاور پلاستیکی نازک بین فرد سالم و فرد بیمار تعریف گردد تا فرایند جلوگیری از انتقال ذرات ویروس توسط مانع به خوبی نشان داده شود. برای شبیه سازی حاضر، از مدل فاز گسسته (discrete phase model or DPM) استفاده شده است؛ زیرا این مدل به ما امکان می دهد تا توده ای از ذرات را به صورت گسسته و یا ذره به ذره در یک فضای دارای سیال پیوسته بررسی نماییم. با توجه به انتخاب این مدل، ذرات مرطوب ویروس ترشح یافته­ از دهان فرد بیمار به عنوان فاز گسسته و جریان هوای درون فضای داخلی بانک به عنوان فاز پیوسته محسوب می شوند. مدل­های فیزیکی ذرات گسسته تعریف شده در این شبیه سازی شامل کوپلینگ توربولانسی دوطرفه (two-way turbulence coupling) به معنای تعامل دوطرفه بین فاز پیوسته و گسسته (یعنی علاوه بر اثرپذیری فاز گسسته از فاز پیوسته (با فعال کردن حالتinteraction with continuous phase)، فاز گسسته نیز بر فاز پیوسته اثر می گذارد)، تصادف و برخورد کاتوره ای (stochastic collision) به معنای برخورد نامنظم قطرات با یک دیگر، بهم آمیختگی (coalescence) به معنای ترکیب قطرات با همدیگر، و انهدام (breakup) به معنای فروپاشی قطرات، می باشند. همچنین نوع رفتار فاز گسسته به صورت وابسته به زمان و با گام زمانی 0.001 s (با فعال کردن حالت unsteady particle tracking) خواهد بود. پس از فعالسازی مدل فاز گسسته، باید فرایند تزریق (injection) نیز تعریف گردد که تعیین کننده­ی نوع و کیفیت ذرات گسسته تزریق شده درون مدل است. در این مدل، ذرات تزریق از نوع قطره ای (droplet) تعریف می شوند؛ بدین ترتیب که ماده آب به عنوان قطره و بخار آب به عنوان گونه گازی تبخیر کننده تعریف می گردند. نوع تزریق به صورت سطحی (surface) و از طریق سطح مربوط به دهان (mouth) فرد بیمار انجام می گیرد. طبق این تعریف از تزریق، ذرات ویروس حاصل از سرفه انسان بیمار به حالت فیزیکی قطره های آبی که در حال تبخیر در فضا هستند، از دهان فرد بیمار خارج می شوند. این ذرات قطره ویروس دارای دمای برابر با 310 K، سرعت برابر با 32 m.s-1، و دبی برابر با 0.018 kg.s-1 است که در فاصله زمانی 0 s تا 0.1 s انتشار می یابند. اندازه قطر ذرات ویروس در حین انتشار دارای مقدار ثابت نبوده و روش توزیع rosin-rammler-logarethric برای سایز قطرها در نظر گرفته شده که به دنبال این روش و تبعیت از فرمولاسیون مربوط به آن، باید مقادیر مربوط به سایز قطر مینیموم، ماکزیموم و میانی، پارامتر نمایی پخش (spread) و تعداد قطرها در هر تزریق تعیین شوند. باید توجه کرد که حالت قطره زمانی اعمال می شود که مدل گونه ها (species) نیز فعال شده باشد. در این مدل، حالت گونه های انتقالی (species transport) شامل سه گونه گازی مختلف از جمله اکسیژن (O2)، نیتروژن (N2) و بخار آب (H2O) فعال شده است و بدین ترتیب ناحیه محاسباتی مدل ما دارای جریان هوا خواهد بود. شرایط مرزی مربوط به مدل فاز گسسته بدین صورت تعریف می شود که ذرات در مرز مربوط به دهان فرد بیمار دارای حالت escape به معنای عبور ذرات از این مرز، در مرزهای مربوط به خروجی ناحیه محاسباتی دارای حالت escape به معنای عبور ذرات از این مرزها، و در مرزهای مربوط به بدن افراد و تمام دیواره های مربوط به میز و صندلی ها و کف بانک دارای حالت trap به معنای گیر افتادن و تجمع یافتن ذرات در این مرزها می باشند. فرایند شبیه سازی حاضر به صورت ناپایا و در یک بازه­ی زمانی به مدت  s0.5 با گام های زمانی برابر با 0.0025 s انجام گرفته است.

 

 

گام اول) ترسیم هندسه و شبکه بندی

مدل حاضر به صورت سه بعدی و با استفاده از نرم افزار design modeler طراحی شده است. هندسه­ مدل شامل یک ناحیه محاسباتی از فضای داخلی بخشی از یک بانک می باشد که شامل یک میز، دو صندلی و دو انسان می باشد. در این مدلسازی، یکی از دو انسان مدل شده به عنوان فرد بیمار طراحی شده است که این فرد به عنوان منبع انتشار ویروس ناشی از سرفه تعریف شده است. از این رو، سطح مربوط به دهان انسان بیمار با شرط مرزی Mouth متمایز شده است؛ زیرا این سطح به عنوان سطح مرجع انتشار ویروس به صورت فاز گسسته در این مدل فرض شده است. در این شبیه سازی، دو مدل هندسی متفاوت طراحی شده است؛ به طوری که در یکی از آنها، کاوری بین دو فرد ترسیم نشده است و در مدل دیگر، یک کاور نازک بین دو فرد بر روی میز ترسیم شده است.

 

 

شبکه بندی به صورت سه بعدی و با استفاده از نرم افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه بندی به صورت بدون سازمان انجام گرفته و تعداد سلول های تولیدی در این مدلسازی در حالت بدون محافظ برابر با 1570219 و در حالت دارای محافظ برابر با 1618366 است.

 

 

گام 2) مراحل شبیه سازی

برای شبیه سازی مدل حاضر، چند فرض در نظر گرفته شده است که عبارتند از:

  • شبیه سازی مبتنی بر فشار (pressure-based) صورت گرفته است.
  • شبیه سازی در هر دو حالت سیالاتی و انتقال حرارتی انجام گرفته است.
  • مدل حاضر از نظر زمانی ناپایا (unsteady) می باشد؛ زیرا هدف مسأله، تعقیب ذرات مربوط به فاز گسسته در گذر زمان است.
  • اثر گرانش زمین (gravity) بر روی سیال برابر 9.81- m.s-2 و در راستای محور z در نظر گرفته شده است.

 

خلاصه ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول زیر آمده است :

 

 

گام سوم) نتایج نهایی

پس از پایان فرایند حل، دنباله ذرات ویروس انتشار یافته (particle tracking) در بازه های زمانی مختلف از فرایند شبیه سازی مذکور به دست آمده است. این دنباله­ ذرات براساس مدت زمان ماندگاری ذرات (residence time) و اندازه قطر ذرات (diameter) حاصل شده است. این فرایند شبیه سازی در دو حالت بدون کاور و دارای کاور انجام گرفته است.

همان طور که از مسیر حرکت ذرات ویروس در تصاویر مشخص است، انتشار ویروس ممکن است که موجب انتقال ذرات از فرد بیمار به فرد سالم گردد. این در حالی است که مطابق تصاویر نتایج، وجود یک حائل یا مانع در مسیر بین دو فرد موجب می گردد تا انتقال ذرات ویروس صورت نگیرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

دیدگاه

دیدگاهی ثبت نشده.

اولین نفری باشید که نظر می دهید برای “آموزش شبیه سازی انتشار ویروس کرونا از طریق سرفه یک فرد مبتلا به بیماری کرونا به فرد سالم درون بانک”