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全粒径呼吸飞沫采样装置的设计

呼吸飞沫；全粒径范围；分离采样；计算流体力学模拟

呼吸飞沫是呼吸道病原体的最重要载体，不同粒径呼吸飞沫中的病毒量分布是确定病毒传播途径并量化其传播风险的重要参数，及时、准确地表征该参数对快速响应新发呼吸道传染病、合理制定防疫措施具有重要意义。本文根据颗粒物的重力沉积理论、弯道沉积理论和惯性撞击理论，综合考虑人体机械舒适性、热舒适性要求，使用计算流体力学（CFD）方法设计了针对人体说话时释放飞沫的全粒径范围采样装置。分析并确定了空气动力学直径50 μm及以上大飞沫采样部件的入口横截面尺寸和轴向长度；从弯道转折角度、飞沫收集位置、弯曲半径和管径等方面对20 μm飞沫采样部件的收集效率进行了对比和优化；对10 μm以下小飞沫筛选部件的尺寸进行了迭代计算。结果表明，现有设计基本能够实现对<2.5 μm、2.5-5 μm、5-10 μm、10-50 μm和>50 μm呼吸飞沫的分离采样，50 μm以上飞沫的收集效率超过75%，20 μm飞沫收集效率达到48%。需进一步减少小飞沫采样损失并考虑真实说话时的波动工况和不同个体采样时的姿态差异，验证装置采样效果受呼气流量、射流角度等因素的影响规律。