Science子刊详解！新研究揭示汽车内气流如何影响COVID-19传播风险
来源：本站原创 2020-12-10 22:30
2020年12月10日讯/生物谷BIOON/---一项关于汽车乘客车厢内气流模式的新研究，为可能降低与他人一起乘车时的COVID-19传播风险提供了一些建议。这项研究由来自美国布朗大学和马萨诸塞大学的研究人员开展，他们使用计算机模型模拟了一辆小型汽车在各种车窗打开或关闭组合下的内部气流。模拟结果显示，打开车窗---越多车窗打开越好--产生的气流模式，大大降低
2020年12月10日讯/生物谷BIOON/---一项关于汽车乘客车厢内气流模式的新研究，为可能降低与他人一起乘车时的COVID-19传播风险提供了一些建议。这项研究由来自美国布朗大学和马萨诸塞大学的研究人员开展，他们使用计算机模型模拟了一辆小型汽车在各种车窗打开或关闭组合下的内部气流。模拟结果显示，打开车窗---越多车窗打开越好--产生的气流模式，大大降低了司机和单个乘客之间交换的空气颗粒浓度。他们发现，最大量开启汽车的通风系统并不能像打开几扇车窗那样好地让空气流通。相关研究结果于2020年12月4日在线发表在Science Advances期刊上，论文标题为“Airflows inside passenger cars and implications for airborne disease transmission”。
论文共同第一作者、布朗大学工程学院研究生Asimanshu Das说，“根据我们的计算机模拟，关着车窗开着空调或暖气开车绝对是最糟糕的情况。我们发现的最佳方案是让所有四扇车窗都打开，但即使有一两扇车窗打开，也比全部关闭要好得多。”
Das与论文通讯作者兼论文共同第一作者、布朗大学前博士后研究员Varghese Mathai共同领导了这项研究。Mathai如今是马萨诸塞大学阿默斯特分校物理学助理教授。
这些研究人员强调，没有办法完全消除风险---当然，目前美国疾病控制中心（CDC）的指导意见指出，推迟旅行和待在家里是保护个人和社区健康的最佳方式。这项研究的目标只是研究汽车内气流的变化如何恶化或降低病原体传播的风险。
这项研究中使用的计算机模型模拟了一辆汽车，大致以丰田普锐斯为基础，汽车内有两个人：一名司机和一名乘客坐在司机对面的后座上。这些研究人员之所以选择这种座位安排，是因为它最大限度地增加了这两个人之间的物理距离（尽管仍然小于CDC推荐的6英尺）。这些模型模拟了以每小时50英里的速度移动的汽车周围和内部的气流，以及来自司机和乘客的气溶胶的移动和浓度。气溶胶是微小的颗粒，可以在空气中停留很长时间。它们被认为是SARS-CoV-2病毒传播的一种方式，特别是在封闭的空间里。
开车窗在降低气溶胶传播方面效果较好的部分原因是，它增加了汽车内的每小时换气次数（air change per hour, ACH），有助于降低气溶胶的整体浓度。但是，这些研究人员表示，ACH只是故事的一部分。这项研究表明，不同的开窗组合在汽车内产生了不同的气流，从而可以增加或减少对残留气溶胶的暴露。
由于空气流过汽车外部的方式，后车窗附近的气压往往高于前车窗的气压。因此，空气往往从后车窗进入车内，从前车窗排出。在所有车窗都打开的情况下，这种趋势会在车厢两侧形成两个或多或少的独立气流。鉴于模拟中的乘客都坐在车厢的对面，因此最终在司机和乘客之间传递的颗粒非常少。由于汽车内的平均气流是从后向前流动的，因此在这种情况下，司机的风险比乘客略高，但与其他任何情况相比，这两人经历的颗粒转移都大大降低。
对部分而非全部车窗关闭的情景进行的模拟得出了一些可能违反直觉的结果。例如，人们可能认为打开汽车上每个人旁边的车窗可能是减少暴露的最简单方法。这些模拟发现，虽然这种配置比完全没有车窗好，但与打开每个人对面的车窗相比，这会产生更高的暴露风险。
论文资深作者、布朗大学工程教授Kenny Breuer说，“当与汽车上每个人相对的车窗打开时，汽车上形成的一股气流从司机身后进入汽车，扫过乘客身后的车厢，然后从乘客侧的前车窗出去。这种模式有助于减少司机和乘客之间的交叉污染。”
这些研究人员表示，需要注意的是，气流调整并不能代替乘员在汽车内时都戴上口罩。而且这些研究结果仅限于可能含有病原体的残留气溶胶的潜在暴露。这项研究没有模拟较大的呼吸道飞沫或实际被这种病毒感染的风险。
不过，这些研究人员表示，这项研究为汽车乘客车厢内的空气循环模式提供了有价值的新见解，而这一点此前很少受到关注。
Breuer说，“这是我们所知道的第一项真正研究汽车内部微气候的研究。曾经有一些研究，探究了外部污染物进入汽车的程度，或者香烟烟雾在汽车内停留多长时间。但是，这是第一次有人详细研究气流模式。”
这项研究是由在布朗大学成立的COVID-19研究小组开展的，该研究小组旨在收集该校各方面的专业知识，以应对这次疫情的各个方面。这个研究小组是由这项研究的论文共同作者、布朗大学病理学与实验室医学副教授Jeffrey Bailey领导的。Bailey对这项研究进展如此之快印象深刻，Mathai建议在布朗大学的实验室研究因疫情暂停时进行计算机模拟。
Bailey说，“这真地是一个很好的例子，说明不同的学科如何快速地聚集在一起，并产生有价值的发现。我和Kenny简短地谈了一下这个想法，在三四天内，他的团队已经在做一些初步的测试。这就是在布朗大学这样的地方的伟大之处，人们渴望跨学科合作和工作。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Varghese Mathai et al. Airflows inside passenger cars and implications for airborne disease transmission. Science Advances, 2020, doi:10.1126/sciadv.abe0166.
2.Research reveals how airflow inside a car may affect COVID-19 transmission risk
https://phys.org/news/2020-12-car-pandemic-windows.html
司机与乘客之间的传播，图片来自Science Advances, 2020, doi:10.1126/sciadv.abe0166。
论文共同第一作者、布朗大学工程学院研究生Asimanshu Das说，“根据我们的计算机模拟，关着车窗开着空调或暖气开车绝对是最糟糕的情况。我们发现的最佳方案是让所有四扇车窗都打开，但即使有一两扇车窗打开，也比全部关闭要好得多。”
Das与论文通讯作者兼论文共同第一作者、布朗大学前博士后研究员Varghese Mathai共同领导了这项研究。Mathai如今是马萨诸塞大学阿默斯特分校物理学助理教授。
这些研究人员强调，没有办法完全消除风险---当然，目前美国疾病控制中心（CDC）的指导意见指出，推迟旅行和待在家里是保护个人和社区健康的最佳方式。这项研究的目标只是研究汽车内气流的变化如何恶化或降低病原体传播的风险。
这项研究中使用的计算机模型模拟了一辆汽车，大致以丰田普锐斯为基础，汽车内有两个人：一名司机和一名乘客坐在司机对面的后座上。这些研究人员之所以选择这种座位安排，是因为它最大限度地增加了这两个人之间的物理距离（尽管仍然小于CDC推荐的6英尺）。这些模型模拟了以每小时50英里的速度移动的汽车周围和内部的气流，以及来自司机和乘客的气溶胶的移动和浓度。气溶胶是微小的颗粒，可以在空气中停留很长时间。它们被认为是SARS-CoV-2病毒传播的一种方式，特别是在封闭的空间里。
开车窗在降低气溶胶传播方面效果较好的部分原因是，它增加了汽车内的每小时换气次数（air change per hour, ACH），有助于降低气溶胶的整体浓度。但是，这些研究人员表示，ACH只是故事的一部分。这项研究表明，不同的开窗组合在汽车内产生了不同的气流，从而可以增加或减少对残留气溶胶的暴露。
由于空气流过汽车外部的方式，后车窗附近的气压往往高于前车窗的气压。因此，空气往往从后车窗进入车内，从前车窗排出。在所有车窗都打开的情况下，这种趋势会在车厢两侧形成两个或多或少的独立气流。鉴于模拟中的乘客都坐在车厢的对面，因此最终在司机和乘客之间传递的颗粒非常少。由于汽车内的平均气流是从后向前流动的，因此在这种情况下，司机的风险比乘客略高，但与其他任何情况相比，这两人经历的颗粒转移都大大降低。
对部分而非全部车窗关闭的情景进行的模拟得出了一些可能违反直觉的结果。例如，人们可能认为打开汽车上每个人旁边的车窗可能是减少暴露的最简单方法。这些模拟发现，虽然这种配置比完全没有车窗好，但与打开每个人对面的车窗相比，这会产生更高的暴露风险。
论文资深作者、布朗大学工程教授Kenny Breuer说，“当与汽车上每个人相对的车窗打开时，汽车上形成的一股气流从司机身后进入汽车，扫过乘客身后的车厢，然后从乘客侧的前车窗出去。这种模式有助于减少司机和乘客之间的交叉污染。”
这些研究人员表示，需要注意的是，气流调整并不能代替乘员在汽车内时都戴上口罩。而且这些研究结果仅限于可能含有病原体的残留气溶胶的潜在暴露。这项研究没有模拟较大的呼吸道飞沫或实际被这种病毒感染的风险。
不过，这些研究人员表示，这项研究为汽车乘客车厢内的空气循环模式提供了有价值的新见解，而这一点此前很少受到关注。
Breuer说，“这是我们所知道的第一项真正研究汽车内部微气候的研究。曾经有一些研究，探究了外部污染物进入汽车的程度，或者香烟烟雾在汽车内停留多长时间。但是，这是第一次有人详细研究气流模式。”
这项研究是由在布朗大学成立的COVID-19研究小组开展的，该研究小组旨在收集该校各方面的专业知识，以应对这次疫情的各个方面。这个研究小组是由这项研究的论文共同作者、布朗大学病理学与实验室医学副教授Jeffrey Bailey领导的。Bailey对这项研究进展如此之快印象深刻，Mathai建议在布朗大学的实验室研究因疫情暂停时进行计算机模拟。
Bailey说，“这真地是一个很好的例子，说明不同的学科如何快速地聚集在一起，并产生有价值的发现。我和Kenny简短地谈了一下这个想法，在三四天内，他的团队已经在做一些初步的测试。这就是在布朗大学这样的地方的伟大之处，人们渴望跨学科合作和工作。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Varghese Mathai et al. Airflows inside passenger cars and implications for airborne disease transmission. Science Advances, 2020, doi:10.1126/sciadv.abe0166.
2.Research reveals how airflow inside a car may affect COVID-19 transmission risk
https://phys.org/news/2020-12-car-pandemic-windows.html
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