くしゃみを模擬した噴流のシミュレーション  

設定・境界条件

  • くしゃみを短時間の噴流で模擬する
  • 成人男性の肺活量は4000cm3程度,通常の呼吸は1回で500cm3程度
    → くしゃみを2000cm3程度と仮定
  • 室内温度は20度,呼気温度は36度,室内湿度は30%,呼気湿度は100%とする
  • 上記の条件下で,
    • くしゃみを模擬する噴流の噴出時間(T)は0.2秒
    • くしゃみをするときの時間平均開口面積(A)は2x6 cm2
    • この場合の平均流速(噴出速度 : U)は8 m/秒
    • 噴出量M(cm3) = 噴出時間T(秒) x 噴出速度U(cm/秒) x 開口面積A(cm2) より,
      噴出量 : 0.2 x 12 x 800 = 1920 ≒ 2000 (cm3)

解説


机の前(左側)に座ってくしゃみ

噴出口前方の机上にディスプレイが置かれている場合

微粒子の直径(単位 : µm)は以下のとおり;

  • 3 : 水色
  • 10 : 青
  • 30 : 紫
  • 100 : 赤
  • 300 : 橙
  • 1000 : 黄

【上左図】
微粒子が小さくなるほど(黄 → 青),重力よりも空気抵抗の方が大きくなり,落下せずに空気中に留まる
大きな粒子ほど,机のはるか前方に落下している
直径の大きな飛沫(黄・橙など)は勢いよく遠くに飛び,細かな飛沫(青・水色)は,空気中に舞っていくことがわかる

【上右図】
机上の23インチモニターが盾の役割を果たしている
粒子は,モニターにぶつかり,軽いものは上に巻き上げられ,ディスプレイの反対側にはほとんど届かない

■5秒時にくしゃみ(噴流)が発生し,換気扇(右壁上部)に取り込まれていく様子