آموزش شبیه سازی انتشار ویروس کرونا در فضای آزاد بر اثر سرفه انسان مبتلا به بیماری کرونا

آموزش شبیه سازی انتشار ویروس کرونا در فضای آزاد بر اثر سرفه انسان مبتلا به بیماری کرونا

(دیدگاه کاربر 4)

500,000 تومان

آخرین بروزرسانی : 30 آذر, 1400

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی انتشار ویروس کرونا در فضای آزاد بر اثر سرفه انسان مبتلا به بیماری کرونا 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 در فضای آزاد بر اثر سرفه انسان مبتلا به بیماری کرونا

شرح مسأله

امروز تمام دنیا با یکی از بزرگ ترین و اصلی ­ترین چالش ­های بشری به نام بیماری کرونا (covid 19) رو به رو شده است. معضل اصلی و خطرناک این بیماری، قدرت بالای سرایت یا واگیر آن از فرد مبتلا به فرد سالم است. راه اصلی سرایت بیماری از فرد بیمار به دیگران، از طریق ویروس ­های موجود در ترشحات دهان و بینی بیمار است. به همین دلیل، پزشکان توصیه دارند که از دست دادن و روبوسی شدیداً جلوگیری به عمل بیاید؛ اما یکی از مشکلات موجود، انتشار ویروس ­های این بیماری از طریق سرفه و عطسه­ بیمار در فضاست. این عمل موجب انتشار ذرات ویروس در هوای آزاد می­ شود و می ­تواند فردی را در یک فاصله­ معین از بیمار آلوده نماید. بنابراین، یکی از به­‌روزترین مباحثی که محققین پیرامون آن در حال تحقیق مداوم هستند، محاسبه و بررسی حداقل فاصله­ مناسب بین فرد بیمار و فرد سالم برای جلوگیری از انتشار و انتقال ویروس­ ها در زمان سرفه یا عطسه بیمار است. حال می­ توان براساس روش CFD و با استفاده از نرم ­افزار ansys fluent به شبیه ­سازی انتشار ذرات ویروس کرونا از دهان بیمار در زمان سرفه پرداخت. این مدل شامل یک انسان در یک فضای مکعبی شکل مطالعاتی به عنوان فضای آزاد اطراف بیمار می باشد و دهان این انسان به عنوان منبع انتشار ویروس متمایز شده است. برای شبیه ­سازی این مدل باید از مدل فاز گسسته (discrete phase) استفاده کرد. این مدل به ما امکان می­ دهد تا مجموعه­ ای از ذرات را به صورت گسسته  و یا ذره ذره در یک فضای دارای سیال پیوسته بررسی نماییم. در این مدل، ذرات مرطوب ویروس ترشح یافته­ از دهان بیمار به عنوان فاز گسسته و جریان هوا به عنوان فاز پیوسته­ موجود در فضا تعریف می ­شوند. مدل­ های فیزیکی این ذرات گسسته شامل کوپلینگ توربولانسی دوطرفه (two-way turbulence coupling) به معنای اثرپذیری و تعامل دو طرفه 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 می­گذارد)، تصادف و برخورد کاتوره­ ای (stochastic collision) به معنای برخورد نامنظم قطرات با یک­دیگر، بهم‌­آمیختگی (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 ثانیه (با فعال کردن حالت unsteady particle tracking) خواهد بود. با فعالسازی مدل فاز گسسته، نوبت به تعریف فرایند تزریق (injection) می ­رسد 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 جنس 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 با حالت فیزیکی قطر­ه های آبی که در حال تبخیر در فضا هستند، از دهان خارج می­ شوند. این ذرات قطره دارای دمای برابر با 310 کلوین، سرعت برابر با 31.85 متربرثانیه، و دبی برابر با 0.018 کیلوگرم‌برثانیه است که در فاصله­ زمانی 0 ثانیه تا 0.1 ثانیه انتشار می ­یابند. قطر این ذرات ثابت و با یک­دیگر برابر نبوده و از این ­رو، روش توزیع rosin-rammler-logamethric برای سایز قطرها در نظر گرفته شده که به دنبال این روش و توزیع 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) 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 مدل این گونه تعریف می ­شوند که ذرات در مرزهای مربوط به دهان فرد و دیوارهای اطراف فضا دارای حالت secape به معنای عبور ذرات از این مرزها، در مرز مربوط به بدن فرد دارای حالت reflect به معنای انعکاس ذراتی که با این مرز برخورد می­ کنند، و در مرز مربوط به زمین دارای حالت trap به معنای گیر افتادن و تجمع یافتن ذرات در این مرز می ­باشند. همچنین نوع شرط مرزی برای دیوارهای مرزی فضای اطراف بیمار به صورت فشاری خروجی (pressure outlet) و نوع شرط مرزی برای سایر مرزها به صورت دیوار (wall) تعریف می­ شوند. فرایند این شبیه­ سازی در یک بازه­ زمانی به مدت 1.75 ثانیه انجام گرفته است که در بازه­ زمانی 0.1 ثانیه از ابتدای این مدت، انتشار ویروس از طریق سرفه صورت می­ گیرد. شکل زیر شماتیکی از مدل مسأله را نشان می ­دهد.

 

 

 

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 انسان مبتلا به بیماری در حالت ایستاده است که درون یک فضای محاسباتی معین حاوی جریان هوا قرار گرفته است. فضای اطراف انسان متشکل از یک مکعب مستطیل به ابعاد 3 متر * 3.5 متر * 2.8 متر می­ باشد که نشان دهنده­ بخشی از هوای آزاد در اطراف بدن شخص است. این فضای آزاد به منظور بررسی نحوه­ توزیع ذرات مرطوب ویروسی خارج شده از دهان شخص در نظر گرفته شده است. 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. شکل زیر نمایی از هندسه­ ترسیمی را نشان می ­دهد.

 

 

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 دقت مش در نواحی نزدیک به دهان بیمار بالاتر از سایر نقاط است. تعداد سلول­ های تولیدی در این مدلسازی برابر 584587 است. شکل زیر نمایی از شبکه­ بندی انجام گرفته را نشان می ­دهد.

 

 

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- متربرمجذورثانیه 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) به دست آمده است. این دنباله­ ذرات براساس مدت زمان ماندگاری (resistance time) خروجی گرفته 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 تصاویر مربوط به دنباله­ ذرات ویروس در زمان­ های مختلف به دست آمده و مطابق تصاویر زیر ارائه شده است. تصویر اول بیانگر انتشار ویروس در حین سرفه­ بیمار است که در مدت زمان 0.1 ثانیه اتفاق می ­افتد و تصویر دوم بیانگر پخش و انهدام ذرات ویروس در هوای آزاد در مدت زمان بین 0.1 ثانیه تا 1.75 ثانیه می ­باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

4 دیدگاه برای آموزش شبیه سازی انتشار ویروس کرونا در فضای آزاد بر اثر سرفه انسان مبتلا به بیماری کرونا

  1. SaeedN

    ایده جالبی برای شبیه سازی هست، خلاصه توضیحاتتون واقعا جامع بود

  2. moin kargar

    ایده جدیدی بود
    خلاصه توضیحاتتون خیلی جامع بود

  3. naser beigi

    امکان شبیه سازی این کار با استفاده از مدل multiphase هم هست؟

  4. s.rahimi

    موضوع محصولاتتون خیلی به روز است

افزودن دیدگاه