第七期:疾病传播中的基础流体力学问题
2023年10月14日上午,由中国环境科学学会室内环境与健康分会主办、中国环境科学学会室内环境与健康分会青年委员会承办、室内空气质量评价与控制北京市重点实验室和清华大学生态规划与绿色建筑教育部重点实验室协办的“菲兰建筑环境与健康系列学术论坛”第七期线上学术论坛成功举办,约100余名教师和学生参加了本期学术论坛。
第七期学术论坛特邀纽约大学柯朗数学研究所讲师王永吉做学术报告,主题为《疾病传播中的基础流体力学问题》。王永吉老师首先介绍了不同疾病传播研究中流体力学问题,例如在呼吸道传染病、植物疾病中,病毒依附于液滴媒介在不同疾病宿主间传播,其载体液滴都经历了一个破碎的过程,建立对该过程的理论分析有助于疾病传播的研究。
之后介绍了液体破碎理论。将液滴撞击杆状物的2维破碎过程设为基础研究对象,分7个步骤展开研究。开发了一套高级图像处理算法(AIPA)研究水膜厚度及其中液体流速的时空分布;基于开发的图形捕捉算法捕捉水膜边缘和连接带,利用分割算法测量二者尺寸,发现水膜边缘在任意时刻受到的惯性力和表面张力比值等于1(Bo数守恒定理);结合图像识别算法得到任意时刻液滴排除体积,完善模型精确捕捉水膜半径随时间变化;基于连接带追踪算法、小液滴追踪算法测量任意时刻的大小尺寸变化;进一步开发了耦合算法,观察连接带的时空位置变化和小液滴的生成过程,发现产生的小液滴直径和连接带厚度之间存在1.5左右的比例关系。
基于此理论体系,可对整个破碎过程中所有液滴的大小、速度分布以及任意量随时间变进行预估。最后对研究做出了展望。液滴二维破碎过程的理论分析为工业界、自然界中的三维破碎现象研究奠定了基础。此外,对液滴撞击布满病毒颗粒的刚性表面或污染性水体表面以及最后各小液滴病毒载量的研究,可进一步完善疾病传播过程的研究。
在交流讨论环节中,与会师生积极提问,围绕诸如液滴图像捕捉的时间分辨率设置,液滴成分、液滴流变学特性、撞击表面亲疏水性以及粗糙度等因素对液滴破碎机制的影响,高速喷溅、小尺寸液滴等条件下液滴破碎理论的适用性等展开讨论。在与王永吉老师深入交流过程中,进一步开拓了研究思路和学术视野,与会人员纷纷表示受益良多。
会议最后,举办方再次向本期学术论坛主讲人王永吉老师和与会人员表示诚挚感谢,精彩的学术报告、前沿的研究成果、深入的学术探讨共同促成了本期论坛的成功举办。本期“菲兰建筑环境与健康系列学术论坛”至此圆满落幕,诚挚期待下期论坛与诸位专家学者的线上相聚,同时热烈欢迎各高校师生的与会交流!
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