第36期:人体呼吸与发声气流动力学特征:多维度分析与测量技术

分类: 菲兰学术

2024年10月12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”第三十六期线上学术论坛成功举办。近千名师生通过腾讯会议和视频号直播的形式参加了本期学术论坛。

第三十六期学术论坛特邀中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院副教授徐春雯做学术报告,主题为《人体呼吸与发声气流动力学特征:多维度分析与测量技术》。

徐老师首先介绍了人体呼吸气流研究背景及方法。气载病毒可能经呼吸、说话等人类日常活动传播,研究呼吸活动有助于对暴露及感染风险进行评估,而飞沫尺寸在自身运输、沉积与疾病传播过程中起着决定性作用。

在基于呼吸动力学对颗粒物扩散进行研究的过程中,可能涉及到计算机仿真模型(CSPs)、呼吸暖体假人、真人志愿者等多种载体,此外还多种呼出气流测量方法和粒子尺寸测量手段。之后对人体呼气及发声气流动力学进行多维度分析。

基于单点测量获取了真人呼气过程中的中心线速度,得到了其衰减规律,并与假人模型进行对比,发现呼吸道模型可能是构成二者差异的主要原因;基于纹影成像法对真人呼气特征进行研究,获取了其气流方向和角度,探索传播速度及其与体征参数的关联性;进一步基于PIV和烟气可视化实验,测量了个体呼气、发声过程中的呼出气流特征,讨论了平均速度、峰值速度和边界速度等参数的代表性。

然后介绍了呼气及发声产生的颗粒初始分布规律研究。基于7级标准实验舱,对鼻呼吸、口呼吸、字母朗读以及数数等多种过程中的飞沫浓度和飞沫粒径大小进行了测量和对比,发现接近90%的飞沫粒径小于2.642μm;此外,还基于示踪颗粒法开发了飞沫发生实验装置。

最后进行了总结和展望。总结了呼出颗粒特征及其动力学、传播距离和环境因素等研究要点,并提出了缓解策略和涡环结构破坏的方法。目前研究仍存在样本量和数据处理、环境因素和干预措施控制、粒子行为追踪等方面的局限,还需要借助多学科交叉方法来促进对对气溶胶动力学和病理学的研究。

在交流讨论环节中,与会师生积极提问,围绕PIV图像结果处理、假人模型改进、特征速度选择、涡环产生机制、暖体假人热羽流影响及设置等问题,与徐春雯老师进行了深入交流,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。

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