约翰·霍普金斯大学凯瑟琳·格雷厄姆著 咳嗽的计算机模拟显示了水滴穿过简单面罩的气流速度
荣誉:徐正熙 自1918年西班牙流感以来，避免呼吸道疾病的公共卫生建议基本上没有改变，这是历史上最致命的流行病之一
与他人保持安全距离
经常用肥皂和水洗手，以杀死你可能携带的任何细菌
用口罩盖住你的鼻子和嘴巴——即使是用手帕做成的也可以
这种指导是基于这样的理解，即呼吸道感染是通过携带病毒的飞沫传播的，飞沫是在感染者咳嗽、打喷嚏或呼吸时排出的
但是在西班牙流感导致全球5000万人死亡一个多世纪后，这些液滴的行为仍然是个谜
怀廷工程学院机械工程教授、计算流体动力学专家拉杰特·米塔尔认为，对呼吸系统疾病的流体物理学的进一步研究将是遏制当前冠状病毒大流行的关键
米塔尔在最近一次逛杂货店时想到了这个主意，他注意到购物者戴着防护口罩
他的思想去了研究人员通常去的地方——科学
“我开始怀疑是否有任何关于这些面具空气动力学的数据来量化它们到底在做什么，”米塔尔说
“当我开始钻研文献时，很明显，流体动力学与这场流行病的几乎每个方面都有交叉
水滴是如何形成和携带的，它们是如何感染他人的，我们用来治疗这种疾病的呼吸机，甚至像口罩这样的预防措施——许多这些问题最终都与液体流动有关
" 为了帮助激发这一领域的新思维和新研究，米塔尔和他的一个同事团队汇编了一份已知的新冠肺炎流体动力学概述，以及还有哪些问题
该报告发表在《流体力学杂志》上
潜入水滴 呼吸道感染通过携带病毒的飞沫经空气传播或接触被飞沫污染的表面在人与人之间传播
受感染的人经常通过咳嗽或打喷嚏来排出这些飞沫——这是一个信号，表明其他人应该避开以避免感染
但是传播实际上取决于很多因素，包括飞沫的数量、大小以及在咳嗽、打喷嚏和呼吸等呼气过程中的速度
例如，打喷嚏可以以相对较高的速度排出数千个大的飞沫，而咳嗽产生的飞沫要少10-100倍
说话排出的水滴更少，大约每秒50个，而且它们更小
这些小滴更有可能悬浮在空气中，传播更远的距离，一旦被吸入就会传播感染
另一方面，大水滴更容易污染表面并通过触摸传播感染
正如该团队在论文中指出的，许多精确测量液滴如何产生和运输的研究已经进行
然而，由于这种现象的复杂性以及进行这种测量的困难性，关于液滴行为的共识仍然难以达成
进一步研究的一个感兴趣的领域集中在正常活动(如呼吸和说话)期间小滴的形成
这可能揭示了正常说话或呼吸的无症状携带者是如何传播新冠肺炎病毒的
多相流专家芮妮是一位机械工程助理教授，也是这篇论文的撰稿人，她说:“一种假设是，病毒是由非常细小的气载液滴携带的。”
“目前，我们还不完全了解这种细雾是如何传播病毒的
这对于社交距离有很大的影响，如果我们只是把这些指导方针建立在水滴可以到达一定距离的假设上
" 事实上，他们论文中引用的一项研究表明，从喷嚏中排出的大水滴可能会传播20英尺或更远，所以6英尺可能不足以消除传播的风险
根据该团队的说法，其他值得深入分析的问题是液滴蒸发和吸入，液滴在室内和室外环境中的行为，以及温度和湿度如何影响传播速度
模拟解决方案 新冠肺炎的遏制战略是基于政策制定者认为他们对流体物理的了解
但米塔尔和倪警告说，其中大部分是基于过时的信息
“我们提倡更好的量化，真正把数字放在这些想法后面，”米塔尔说
“我们现在为2020年抗击新冠肺炎所做的一些工作是基于20世纪30年代发表的论文中的科学
从那以后，我们学到了很多，但政策需要跟上
" 例如，即使在大流行的几个月后，许多问题仍然围绕着口罩的使用
口罩通常是为了保护佩戴口罩的人而设计的——例如，想象一下一名建筑工人试图避免吸入危险的灰尘
但是，对抗新冠肺炎病毒传播的口罩应该提供内外双重保护，既保护佩戴者，也保护其他人
机械工程副教授徐正熙说，科学家可以更好地理解如何通过模拟由鼻子和嘴巴周围的缝隙引起的气流泄漏来改善对外保护
他正与佛罗里达州立大学的米塔尔和科劳什·舒尔合作，进行最先进的模拟，分析面罩中的气流和液滴扩散
他们的模拟考虑了不同的面部形状和面具结构，使他们能够评估各种面具设计的有效性
米塔尔补充说，这项研究还处于非常早期的阶段，但最终，这些模拟可以为更好的口罩设计提供信息，尤其是那些在家缝合的口罩
“如果有人在家制作口罩，我们能告诉他们一个简单的步骤，让口罩更好地发挥作用吗？”他问道
流体动力学在起作用 就此而言，像许多科学家、政策制定者和公众一样，这个团队已经在提前思考，什么时候生活会恢复正常
他们想知道:如何在尽可能减少新传输的同时做到这一点？ 研究人员说，重新开放的决定将受益于新冠肺炎传输流物理的新发现
“想想学生回到大学校园
例如，如果我们对液滴运动的空气动力学有更多的了解，我们就有可能重新设计暖通空调系统，以减少宿舍中液滴的扩散，”倪说
“同样的想法也适用于养老院
如果我们都戴着面具，这对社交距离的做法有什么影响？如果我们把更多的科学放在这条思路的后面，我们就能以更安全的方式开放这个国家
" 新的冠状病毒是一个不断发展的复杂挑战，每个学科的研究人员只能解决危机的一小部分
尽管如此，米塔尔认为流体动力学领域的人有巨大的机会为解决方案做出贡献
“这是我们专业领域的前沿和中心，”他说
“我们可以提供见解和工具，确保我们为应对下一次新冠肺炎或类似疾病的爆发做好更充分的准备
"
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