研究背景 现在肺炎疫情已经成为国内外关注焦点。为了应对疫情,诸多医院正在迅速新建或者改建。由于新型冠状病毒会附着在飞沫中,随空气扩散。因此准确掌握空气流动情况有助于减少感染。特别是清华大学江亿院士等研究表明[1],当新鲜空气供应量充足时,感染风险会极大降低。 2 简易室外气流模拟程序 该软件基于开源流体力学软件FDS研发,使用者只要输入建筑物(建筑群)的平面布置,就可以算出建筑物周围的风场分布,以及可能排风口的气流扩散分布。效果如下图所示: 图 1 室外气流模拟 (Case 1,5m/s 北风) 图 2 室外气流扩散模拟(Case 1,5m/s 北风) 图 3 室外气流模拟 (Case 2,5m/s 西北风) 图 4 室外气流扩散模拟(Case 2,5m/s 西北风) 该软件的操作步骤很简单: (1) 下载并安装FDS软件(该软件为开源软件,没有版权问题)。 (2) 运行“FDSmainwindow.exe”,输入风向,风速,建筑物的平面位置,排风口坐标。 (3) 开始计算。 (4) 计算结束后,用FDS自带的免费Smokeview程序即可查看风速和污染扩散结果。 程序下载地址和详细流程说明参见链接: https://pan.baidu.com/s/1y-z9Xz9urMeLt3FtR5hCtQ 3 简易室内气流模拟程序 室内气流模拟由于要考虑室内空间布置,所以建模要复杂一点。考虑到广大建筑师都很熟悉SketchUp软件,因此我们用PyroSim软件作为前处理软件,将SketchUp模型转换到FDS模型,来完成气流的模拟(图5、6),识别空气流动性充分和不足的室内区域,以调整通风、消毒和隔离策略。详见本程序的说明文件。当然,如果有BIM模型的话,PyroSim软件也可以将其转换成FDS模型。 图5 室内气流模拟结果 图6 室内气流扩散模拟结果 虽然PyroSim软件不是免费软件,但是可以申请30天的试用期,30天对于肺炎疫情应急来说也足够了。 详细操作流程、示例模型等参见链接: https://pan.baidu.com/s/1y-z9Xz9urMeLt3FtR5hCtQ 4 后记 需要说明的是,因为我们水平有限,时间又很紧,所以这个程序确实很简陋,且FDS做普通气流模拟也未必是最好的选择。但是,考虑到现阶段应急的急迫需求,我们尽量争取做到人人都能用(程序没有版权问题),且人人都能学会。我们也尝试用其他的流体力学软件做了一些工作,但是由于学习难度大、计算平台要求高、软件版权限制,可能不能满足现阶段的需要。我们也欢迎大家群策群力,发展完善相关分析程序,为战胜疫情尽自己的一份力。 非常感谢北京科技大学许镇课题组:张芙蓉、齐明珠、杨雅钧、薛巧蕊同学和清华大学陆新征课题组:顾栋炼、徐永嘉、郑哲同学,他们这些天每天都在非常辛勤的工作。 参考文献 [1]Jiang Y, Zhao B, Li XF, Yang XD, Zhang ZQ, Zhang YF, Investigating a safe ventilation rate for the prevention of indoor SARS transmission: an attempt based on a simulation approach, Building Simulation, 2009, 2: 281–289. 顾栋炼 徐永嘉 郑哲 ---End--- 相关研究
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