Исследование, опубликованное недавно в журнале Физика жидкостей, происходит в критический момент, когда школы и университеты рассматривают возможность возвращения к большему количеству очных занятий осенью.

"Исследование важно, поскольку оно дает представление о том, как мы понимаем безопасность в помещениях", - говорит Майкл Кинзел, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической инженерии Калифорнийского университета и соавтор исследования.

"Исследование показало, что пути передачи аэрозоля не требуют соблюдения социальной дистанции в шесть футов, когда требуются маски", - говорит он. "Эти результаты подчеркивают, что при использовании масок вероятность передачи не уменьшается с увеличением физического расстояния, что подчеркивает, как мандаты на использование масок могут быть ключом к увеличению пропускной способности в школах и других местах".

В ходе исследования исследователи создали компьютерную модель классной комнаты со студентами и учителем, затем смоделировали воздушный поток и передачу заболеваний и рассчитали риск передачи воздушно-капельным путем.

Модель классной комнаты составляла 709 квадратных футов с потолками высотой 9 футов, что было похоже на университетскую аудиторию меньшего размера, говорит Кинзел. На модели были ученики в масках - любой из которых мог быть заражен - и учитель в маске в передней части класса.

Исследователи исследовали класс, используя два сценария - вентилируемый класс и непроветриваемый класс - и используя две модели: Уэллса-Райли и вычислительную гидродинамику. Метод Уэллса-Райли обычно используется для оценки вероятности передачи внутри помещений, а вычислительная гидродинамика часто используется для понимания аэродинамики автомобилей, самолетов и подводного движения подводных лодок.

Было показано, что маски полезны тем, что предотвращают прямое воздействие аэрозолей, поскольку маски создают слабую струю теплого воздуха, которая заставляет аэрозоли перемещаться вертикально, тем самым предотвращая их попадание на соседних учеников, говорит Кинзел.

Кроме того, система вентиляции в сочетании с хорошим воздушным фильтром снижала риск заражения на 40-50% по сравнению с классом без вентиляции. Это связано с тем, что система вентиляции создает постоянный поток воздуха, который направляет большое количество аэрозолей в фильтр, который удаляет часть аэрозолей по сравнению со сценарием без вентиляции, когда аэрозоли скапливаются над людьми в помещении.

По словам Кинзела, эти результаты подтверждают недавние рекомендации Центров США по контролю и профилактике заболеваний, которые рекомендуют сократить социальное дистанцирование в начальных школах с шести до трех футов, когда маски используются повсеместно.

"Если мы сравним вероятность заражения при ношении масок, то дистанция в три фута от общества не указывает на увеличение вероятности заражения по сравнению с шестью футами, что может служить доказательством того, что школы и другие предприятия могут безопасно работать в течение остальной части пандемии", - говорит Кинзел.

"Результаты показывают, что именно делает CDC, что системы вентиляции и использование масок наиболее важны для предотвращения передачи инфекции и что социальное дистанцирование было бы первым, что нужно сделать", - говорит исследователь.

Сравнивая две модели, исследователи обнаружили, что Уэллс-Райли и вычислительная гидродинамика дали схожие результаты, особенно в невентилируемом сценарии, но что Уэллс-Райли недооценил вероятность заражения примерно на 29 процентов в вентилируемом сценарии.

В результате они рекомендуют применить некоторые дополнительные сложные эффекты, зафиксированные в вычислительной гидродинамике, к Уэллсу-Райли, чтобы развить более полное понимание риска заражения в космосе, говорит Аарон Фостер, докторант кафедры механики и аэрокосмической инженерии Калифорнийского университета и ведущий автор исследования.

"В то время как подробные результаты вычислительной гидродинамики позволили по-новому взглянуть на вариации риска и взаимосвязи расстояний, они также подтвердили, что наиболее часто используемые модели Уэллса-Райли отражают большую часть преимуществ вентиляции с разумной точностью", - говорит Фостер. "Это важно, поскольку это общедоступные инструменты, которые любой может использовать для снижения риска".

Исследование является частью более масштабных общих усилий по контролю передачи заболеваний воздушно-капельным путем и лучшему пониманию факторов, связанных с тем, что человек является суперразносчиком. Исследователи также проверяют влияние масок на дальность передачи аэрозолей и капель. Работа частично финансируется Национальным научным фондом.

Кинзел получил докторскую степень в области аэрокосмической инженерии в Университете штата Пенсильвания и присоединился к UCF в 2018 году. Помимо того, что он является сотрудником факультета машиностроения и аэрокосмической инженерии Калифорнийского университета, входящего в состав Колледжа инженерных и компьютерных наук Калифорнийского университета, он также работает с Центром перспективных исследований в области турбомашин и энергетики Калифорнийского университета.