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4000cc程度,通常の呼吸は1回で500cc程度である.これより,くしゃみを2000cc程度と仮定する.この場合,
    • 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/s]
    • 噴出時間T(s) x 噴出速度U(cm/s) x 開口面積A(cm2) = 噴出量M(cm3)
      0.2 x 12 x 800 = 1920 ≒ 2000 (cm3)
  • 室内温度を20度,呼気温度を36度,室内湿度を30%,呼気湿度を100%とする

解説


机の前(左側)に座ってくしゃみ

机前方にディスプレイあり

右側壁上に換気扇稼働,左側壁に開放窓

微粒子の直径(µm)は以下のとおり;

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

【左図】
微粒子が小さくなるほど(黄色 → 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(黄色・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.

【中図】
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ている

【右図】
右壁上部(画面手前側)で換気扇が稼働しており,左壁(机の向こう側)の窓から新鮮な空気が送り込まれている
小さな粒子は,換気扇に取り込まれようとしている

■再生後5秒でくしゃみ(噴流)が発生し,換気扇に取り込まれていく様子