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CAE/模拟仿真 |
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喷嚏颗粒如何在飞机机舱内传播 |
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作者：Loren Grush |
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仿真技术告诉您为什么应该坐得离生病乘客更远一些
病菌是如何传播的
超级喷气国际公司图片，按《知识共享署名-相同方式共享2.0协议》（CC by-SA 2.0）之条款共享在Flickr上
首先，视频中显示了虚拟的载满乘客的飞机机舱内部情形。突然之间，有一个坐在机舱中部位置的乘客打了一个“喷嚏”。数以百计五彩斑斓的颗粒被喷了出来，在所有乘客的头顶都形成了一个带彩虹斑点的云团。然后云团开始消融，颗粒逐渐散播开来，飘到了邻近生病乘客的几个倒霉乘客那里。
最后，这些颗粒遍布整个机舱，但是坐在“打喷嚏乘客”左右两边的人受感染的风险是最高的。
这个仿真视频仅仅揭示了流感病毒颗粒在加压机舱中众多传播方式的一种情形。作为一家专门开发精确仿真软件的公司，对这些高空飞行状态下的病毒传染情境进行建模正是ANSYS公司的工作所在。ANSYS公司使用计算流体动力学来仿真机舱中空气的流动模式，以帮助航空公司和卫生官员跟踪流感颗粒是如何在39000英尺的高空进行传播的。您可以观看下面的仿真视频：
“这些颗粒都被标记上了颜色，这样的话您就能看到这些东西传播到了哪里。”ANSYS航空航天和国防行业总监Robert Harwood向《大众科学》（Popular Science）如此解释道，“这些带菌飞沫随着气流四处飘散，然后充满了整个机舱。实际上，它们可以飘到很远的地方。”
虽然每个人都知道埃博拉病毒会传播，但是请记住很重要的一点，埃博拉病毒并非是一种可以通过空气传播的病原体。如果有个埃博拉病毒携带者在飞机上打了一个喷嚏，您是不会因此被传染到埃博拉病毒的。然而，流感病毒是可以通过空气传播的，并且它对美国有着更大的实质性威胁，根据美国疾病控制和预防中心提供的数据，每年有上千万名美国人会感染流感病毒，因此而死亡的人数高达49000人。
“这些带菌飞沫随着气流四处飘散，然后充满了整个机舱。实际上，它们可以飘到很远的地方。”
打流感疫苗并不能100%确保不受感染，因此卫生官员正在寻找办法来切断病毒传播。为此，他们想到了飞机——通过飞机传播是病菌传播最有效的途径之一。飞机上一般坐满了数以百计的乘客，他们挤在一个狭小的空间里，无法避开，因此飞机机舱就变成了流感病毒滋生的完美温床；只要乘客中有一个流感病人，那么流感的传播就开始了。
自从2002年SARS病毒爆发以后，研究流感病毒颗粒在飞机上的传播方式就成为了美国联邦航空管理局的一个关注点。Harwood指出：“全世界各地都爆发过SARS病毒，包括亚洲、非洲和欧洲。它爆发如此迅速广泛的原因是人们会搭乘飞机，从而将病菌带到了世界各地。”
在SARS爆发后，美国联邦航空管理局成立了客机机舱环境研究卓越中心，以保证飞机乘客的安全和健康。该项目测试了大量新技术来对病原体进行跟踪，包括使用新的机舱传感器系统和污染减排技术。正是在那个时候，ANSYS公司的仿真技术开始涉足飞机制造业领域。
Harwood说道：“在传统工程中，如果您有一个想法，您就要构建一个模型或原型，对它进行测试，然后修改，直到您获得满意的产品为止。而我们要做的事情就是，在您切割某块金属之前，您可以先用计算机来仿真待切割产品的物理行为，从而减少修改工作。”
ANSYS公司通常会开发面向工程、物理、结构力学、弹性、破碎等方面的软件。他们的技术能够判断您手中咖啡杯的手柄是否足够牢固，或者飞机机翼在空气中飞行时的升力和阻力是否最佳。而且，ANSYS公司还能够对流体的空气动力学进行建模，可以让他们的软件理想地绘制出流感病菌在封闭空间内的传播路径。因此，多年以来，在普渡大学的美国联邦航空管理局（FAA）卓越中心的众多科学家对ANSYS仿真进行了大量研究，更多地学习了解了病原体在加压密封机舱内的传播机制。
在飞机机舱内，空气不断地从机舱内顶部的通风口吹入，然后通过位于乘客脚部位置的通风口吸入再循环，这使得气流模型的创建工作异常复杂。Harwood指出：“每隔两分钟，整个飞机机舱内的空气就换了一遍。”为了让气流仿真尽可能的准确，普渡大学的研究人员考虑了所有可能对气流方向和速度造成影响的因素，从头顶空调喷嘴的方向，到空乘推动餐车造成的气流扰动等。
在考虑了所有这些变量以后，科学家们创建了成千上百种方案，用来仿真细菌和其它污染物是如何在飞机机舱内部传播的。然后他们可以根据研究结果向美国联邦航空管理局提出建议，以生产制造出更加优良和安全的飞机机舱。“因为这项工作实际已经开始了，所以您可以感受更加高级的乘坐环境，”Harwood说道，“机舱是狙击流感和其它病菌的关键战场。”
最易感染病毒的座椅位置
此外，ANSYS公司的软件还可帮助航空公司以更低廉的成本来改善客舱环境。通过仿真了解新空调系统将如何影响气流流动，航空公司能够以最低的成本找出哪个系统可以减少病毒的传播。
“航空公司需要不断地做出这种折衷选择：即放入飞机的系统越多，飞机的重量就越大，那么飞行的成本也就越高，”哈伍德说道，“他们想要最低的飞行成本，但是同时也能够保证乘客的健康。我们的技术在这个时候就有用武之地了，因为他们可以看到，他们如何能够改进性能，而不至于带来太高的成本。”(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(11/25/2014) |
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