Mobiele menu

Measuring, understanding & reducing respiratory droplet spreading

Projectomschrijving

Om de COVID-19-pandemie te bedwingen, is het belangrijk de verspreiding van het dodelijke coronavirus tegen te gaan. De verspreiding van het virus gebeurt door kleine druppels met virusdeeltjes bij praten, hoesten, zingen, etc. Helaas is er nog niet veel bekend over deze kleine druppels. Daarom gebruiken de autoriteiten nu de ‘social distance’-regel.

Onderzoek en verwachte uitkomsten

Het doel van dit onderzoek is het meten en begrijpen van het vrijlaten en verspreiden van ademdruppeltjes wanneer iemand praat, hoest, zingt, roept en ademt. Daarnaast wordt onderzocht in hoeverre mondkapjes bijdragen aan het tegengaan van de verspreiding van ademdruppeltjes. De onderzoekers hopen met de resultaten van dit onderzoek antwoorden te geven over het nut van het dragen van mondkapjes en goede strategieën voor ventilatie te vinden.

Producten

Titel: Extended Lifetime of Respiratory Droplets and its implications on airborne disease transmission
Auteur: Detlef Lohse
Titel: Extended Lifetime of Respiratory Droplets and its implications on airborne disease transmission
Auteur: Detlef Lohse
Titel: Extended Lifetime of Respiratory Droplets and its implications on airborne disease transmission
Auteur: Detlef Lohse
Titel: Extended Lifetime of Respiratory Droplets and its implications on airborne disease transmission
Auteur: Detlef Lohse
Titel: Extended Lifetime of Respiratory Droplets and its implications on airborne disease transmission
Auteur: Detlef Lohse
Titel: Extended Lifetime of Respiratory Droplets and its implications on airborne disease transmission,
Auteur: Detlef Lohse
Titel: Extended Lifetime of Respiratory Droplets and its implications on airborne disease transmission
Auteur: Detlef Lohse
Titel: Extended Lifetime of Respiratory Droplets and its implications on airborne disease transmission
Auteur: Detlef Lohse
Titel: Extended Lifetime of Respiratory Droplets and its implications on airborne disease transmission
Auteur: Detlef Lohse
Titel: High humidity enhances the evaporation of non-aqueous volatile sprays
Auteur: M. Li, D. Lohse, S.G. Huisman
Magazine: Journal of Fluid Mechanics
Titel: Extended Lifetime of Respiratory Droplets in a Turbulent Vapor Puff and Its Implications on Airborne Disease Transmission
Auteur: Kai Leong Chong, Chong Shen Ng, Naoki Hori, Rui Yang, Roberto Verzicco, and Detlef Lohse
Magazine: Physical Review Letters
Link: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.034502
Titel: Growth of respiratory droplets in cold and humid air
Auteur: Chong Shen Ng, Kai Leong Chong, Rui Yang, Mogeng Li, Roberto Verzicco, and Detlef Lohse
Magazine: Physical Review Fluids
Link: https://journals.aps.org/prfluids/abstract/10.1103/PhysRevFluids.6.054303
Titel: High humidity enhances the evaporation of non-aqueous volatile sprays
Auteur: M. Li,. D. Lohse, S.G. Huisman
Magazine: Journal of Fluid Mechanics
Titel: Towards realistic simulations of human cough: Effect of droplet emission duration and spread angle
Auteur: M. Li, K.L. Chong, C.S. Ng, P. Bahl, C.M. de Silva, R. Verzicco, C. Doolan, C. Raina MacIntyre, and D. Lohse
Magazine: Physical Review Fluids
Titel: Do increased flow rates in displacement ventilation always lead to better results?
Auteur: R. Yang, C.S. Ng, K.L. Chong, R. Verzicco, D. Lohse
Magazine: Journal of Fluid Mechanics
Titel: Stability of respiratory-like droplets under evaporation
Auteur: Carola Seyfert, Javier Rodríguez-Rodríguez, Detlef Lohse, and Alvaro Marin
Magazine: Physical Review Fluids
Link: https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.7.023603
Titel: AFiD-GPU: A versatile Navier–Stokes solver for wall-bounded turbulent flows on GPU clusters
Auteur: X. Zhu, E. Phillips, V. Spandan, J. Donners, G. Ruetsch, J. Romero, R. Ostilla Mónico, Y. Yang, D. Lohse, R. Verzicco, M. Fatica, and R.J.A.M. Stevens
Link: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010465518300985
Titel: A pencil distributed finite difference code for strongly turbulent wall-bounded flows
Auteur: Erwin P. van der Poel, Rodolfo Ostilla-Mónicoa, John Donners, Roberto Verzicco
Link: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045793015001164

Verslagen


Eindverslag

Om de COVID-19 pandemie in te dammen, is het belangrijk de verspreiding van het dodelijke coronavirus een halt toe te roepen. De verspreiding van het virus vindt plaats via kleine druppeltjes virusdeeltjes bij praten, hoesten, niezen, zingen, enz.
Helaas is er nog niet veel bekend over deze kleine druppeltjes. Daarom gebruiken de autoriteiten de regel van de "sociale afstand". Wij hebben nu aangetoond dat deze regel niet volstaat omdat de verdamping van druppeltjes veel trager verloopt dan verwacht in bepaalde atmosferische omstandigheden zoals vochtigheid en temperatuur. Vooral groepen druppels gedragen zich anders dan afzonderlijke druppels omdat de collectieve dynamiek tussen de druppels ook belangrijk is. We hebben ook laten zien hoe de verschillende ventilatiestrategieën kunnen worden beoordeeld door te kijken naar de temperatuur en de lokale CO2-concentraties als functie van de hoogte. We hebben ook onderzocht, in een ziekenhuisomgeving, dat de concentratie van ziekteverwekkers afhangt van de hoogte, wat de effecten van convectie bevestigt en de bevindingen van de simulaties bevestigt.

Het is duidelijk geworden dat covid zich niet alleen via direct contact kan verspreiden, maar ook via de lucht. Het idee is dat door spreken, hoesten, zingen enz. kleine druppeltjes met ziekteverwekkers uit de keel, mond en lippen komen. De stroming in de lucht verplaatst de ziekteverwekkers vervolgens naar een ontvanger die de ziekteverwekker kan inademen en besmet raakt. Het cruciale onderdeel is nu; hoe worden de druppels gegenereerd en getransporteerd, en wat is hun verdampingsdynamiek? Daarom hebben wij deze processen in detail onderzocht in gecontroleerde omstandigheden waar wij de vloeistofdynamische processen die relevant zijn kunnen isoleren. Voor de productie van druppels hebben we vastgesteld hoe de druppels worden gegenereerd van bulkvloeistof, naar een gegolfd oppervlak, naar zakken, en vervolgens naar druppels. We hebben ook
experimenteel en numeriek bestudeerd hoe de druppels verdampen, en gevonden dat druppels aanzienlijk grotere levensduur hebben voor grotere luchtvochtigheid. Bovendien hebben wij ook vastgesteld dat de luchtvochtigheid van de hoest/ademhaling belangrijk is; de combinatie van de vochtigheid van de adem en de gedeeltelijk verdampte druppels genereert een lokale hoge luchtvochtigheid, die de levensduur van de druppels aanzienlijk verlengt, zodat zij veel verder kunnen reiken dan voorspeld door het model van Wells. Wij hebben ook verschillende ventilatiestrategieën onderzocht en vastgesteld dat verplaatsingsventilatie (van beneden naar boven) de beste is, in die zin dat de warme (met drijfvermogen) adem snel naar het plafond stijgt, uit de buurt van potentiële slachtoffers. We hebben ook de effecten onderzocht van toevoegingen aan het water; we hebben ontdekt dat het toevoegen van zoutgehalte en mucin beide de verdampingsdynamiek in sessiele druppels kunnen verlengen.

Samenvatting van de aanvraag

To mitigate the Covid-19 pandemic, it is key to slow down the spreading of the deadly Corona virus. This spreading occurs through virus-laden droplets expelled at sneezing, coughing, singing, shouting, screaming, speaking, or even breathing. Unfortunately, surprisingly little is known on the characteristics and fate of such droplets. Such knowledge however is vital to reduce contamination and the reproduction factor R of Covid-19. Key questions are all intimately related to fluid dynamics and flow physics: How many droplets are actually expelled at above events? What is their initial size distribution? What is the lifetime of these respiratory droplets and how does it depend on humidity and temperature? How do the aerosol droplets distribute, in particular indoors, and what are ventilation concepts to get rid of them? How and to what degree do face masks reduce the input of the respiratory droplets into the environment? The answers to all of these questions are key to reduce the further spreading of Covid-19. Up to now, without sufficient answers to above questions, the authorities attempt to reduce the spreading with the so-called 'distance rule': The distance between people should not be less than one and a half meters. However, this rule is based on a theory from the 1930 which long is outdated. The objective of the proposed work is to measure and understand the release and spreading of respiratory droplets through sneezing, coughing, singing, shouting, screaming, speaking, and breathing. We want to elucidate the flow physics of these droplets, in order to be able to take suitable countermeasures against the spread of the corona virus and thus to reduce the reproduction factor R. In particular, we would like to test how much face masks can reduce the release of respiratory droplets into the (indoor) environment. Our results will have an immediate impact on the regulations on where and when to use face masks and what quality requirements they must fulfill.

Onderwerpen

Kenmerken

Projectnummer:
10430012010022
Looptijd: 100%
Looptijd: 100 %
2020
2022
Onderdeel van programma:
Gerelateerde subsidieronde:
Projectleider en penvoerder:
prof. dr. D. Lohse
Verantwoordelijke organisatie:
Universiteit Twente