آموزش شبیه سازی انتشار ویروس کرونا درون فضای داخلی آسانسور بر اثر سرفه انسان مبتلا به بیماری کرونا

آموزش شبیه سازی انتشار ویروس کرونا درون فضای داخلی آسانسور بر اثر سرفه انسان مبتلا به بیماری کرونا


500,000 تومان

آخرین بروزرسانی : 27 اسفند, 1400

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی انتشار ویروس کرونا درون فضای داخلی آسانسور بر اثر سرفه انسان مبتلا به بیماری کرونا در نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی آن (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 درون فضای داخلی آسانسور بر اثر سرفه انسان مبتلا به بیماری کرونا

شرح مسأله

در حال حاضر، بیماری کرونا (covid 19) به عنوان بزرگ ترین چالش بشر در جهان شناخته می شود؛ زیرا این بیماری علاوه بر خطرناک بودن برای سلامت انسان ها، قدرت سرایت و انتقال بالایی بین فرد بیمار ناقل با افراد سالم دارد. سرفه یا عطسه فرد مبتلا به کرونا بدون ماسک در یک فضا موجب پخش ویروس های بیماری در آن فضا می گردد. یکی از توصیه های مهم پزشکان در رابطه با جلوگیری از انتقال بیماری بین افراد، حفظ فاصله اجتماعی بین افراد در جامعه می باشد. اتاقک آسانسور یکی از فضاهای مهم در بحث انتقال بیماری کرونا محسوب می شود؛ زیرا معمولاً تعدادی از افراد با کمترین فاصله ممکن درون یک فضای کوچک با سیستم تهویه نه چندان قوی قرار می گیرند. 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 فضای داخلی کابین آسانشور پرداخته شود. این مدل شامل یک فضای محاسباتی به شکل اتاقک آسانسور می باشد که درون آن دو انسان مدل شده اند؛ به طوری که یکی از آنها به عنوان بیمار کرونایی محسوب می شود که عمل سرفه یا عطسه را انجام می دهد و شخص دیگر به عنوان فردی است که در یک فاصله معین از آن بیمار قرار گرفته و در معرض دریافت ذرات ویروس می باشد. هدف از کار حاضر، بررسی قدرت انتشار ذرات ویروس درون فضای داخلی آسانسور و احتمال انتقال آن به فرد دیگر است. برای شبیه سازی حاضر، از مدل فاز گسسته (discrete phase) 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 بیمار به عنوان فاز گسسته و جریان هوای انتقالی از دریچه های سیستم تهویه آسانسور به عنوان فاز پیوسته موجود درون فضای داخلی اتاقک آسانسور محسوب می شوند. مدل­ های 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 کننده­ 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 داخلی مربوط به دهان (inlet-mouth) فرد بیمار انجام می گیرد. طبق این تعریف از تزریق، ذرات ویروس حاصل از سرفه انسان 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 31.85 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-logarithmic 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 فضای کاری مدل ما در اطراف فرد بیمار دارای جریان هوا خواهد بود. شرایط مرزی مربوط به مدل فاز گسسته بدین صورت تعریف می شود که ذرات در مرزهای مربوط به دهان فرد بیمار و بخش ورودی و خروجی جریان هوای تهویه آسانسور دارای حالت escape به معنای عبور ذرات از این مرزها، در مرز مربوط به بدن افراد دارای حالت reflect به معنای انعکاس ذراتی که با این مرز برخورد می کنند، و در مرز مربوط به دیوارهای جانبی اتاقک آسانسور دارای حالت trap به معنای گیر افتادن و تجمع یافتن ذرات در این مرز می باشند. همچنین سیستم تهویه و گردش هوای این آسانسور بدین صورت است که جریان هوای تازه به عنوان سیال پیوسته از بخش های تعبیه شده بر روی سقف آسانسور با سرعتی برابر با 2 m.s-1 و دمایی برابر با 291 K وارد کابین آسانسور شده و جریان هوای کهنه شده درون آسانسور از بخش خروجی موجود در پایین اتاقک به محیط بیرون با فشاری معادل با فشار اتمسفر خارج می گردد. لازم به ذکر است که هوای تازه ورودی به آسانسور دارای اکسیژن با کسر جرمی برابر با 0.18 می باشد. فرایند شبیه سازی حاضر در یک بازه­ زمانی به مدت  s 5.25 با گام 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 افزارهای solidworks و design modeler طراحی شده است. هندسه­ مدل شامل یک کابین آسانسور به ابعاد 2 متر * 2 متر * 2.8 متر می باشد که درون فضای داخلی آن، دو انسان مدلسازی شده اند. یکی از دو فرد ترسیم شده دارای بیماری است و باید به عنوان منبع انتشار ویروس ناشی از سرفه مشخص گردد. از این رو، سطح داخلی مربوط به دهان انسان بیمار با شرط مرزی inlet-mouth متمایز شده است؛ زیرا این سطح به عنوان سطح مرجع انتشار ویروس به صورت فاز گسسته در این مدل فرض شده است.

 

 

شبکه بندی مدل حاضر 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 برابر 454433 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 ثانیه آخر فرایند شبیه سازی به دست آمده است. این دنباله­ ذرات براساس مدت زمان ماندگاری (residence time) و اندازه قطر ذرات حاصل شده است. انیمیشن انتشار ویروس و از بین رفتن آن در گذر زمان خروجی گرفته شده و به فایل گزارش این پروژه پیوست شده است. همچنین کانتورهای سه بعدی مربوط به دما و کسر جرمی اکسیژن خارج شده از سیستم تهویه و قطرات آب ترشح یافته از سرفه نیز به دست آمده اند. همچنین دنباله ذرات ویروس انتشار یافته در زمان های مختلف خروجی گرفته شده است.

 

 

 

 

دیدگاه

دیدگاهی ثبت نشده.

اولین نفری باشید که نظر می دهید برای “آموزش شبیه سازی انتشار ویروس کرونا درون فضای داخلی آسانسور بر اثر سرفه انسان مبتلا به بیماری کرونا”