ウイルスの飛沫シミュレーション

日経ものづくり6月号に、呼気による飛沫の流体解析のソフトを使ったシミュレーションの記事を掲載している。

　オランダ・ベルギーの大学とアンシス・ベルギーなどは共同で、歩行者やランナーが感染者だった場合の距離の取り方をシミュレーションにより明らかにした。それによると、ランナーの後ろにいると、呼気に含まれる微粒子をまともに受けてしまうため、10ｍは離れる必要があるという。一方で立ち止まっている場合は2ｍの距離があれば飛沫を直接受けることはない。歩いている人の後ろは5ｍ、走っている人では10ｍ離れるか真後ろを避けて斜め後ろ3ｍ程度、あるいは横並びの位置取りをすべきと示している。

　シミュレーションに使った数字は飛沫の大きさが最小40㎛、最大200㎛、平均80㎛の水として設定。通常の呼気を模擬して2.5ｍ/秒の初速を与えた。歩くスピードは時速4㎞、走る場合は14.4㎞/秒と仮定。風はないものとしている。時速14.4㎞/秒で10ｍの距離は時間差に直すと3.6秒に相当する。
  くしゃみのシミュレーションでは、飛沫の大きさを50～400㎛と設定し、秒速17秒で噴出した場合、1.8ｍ離れた人には到達しないとしている。

　これに対して、ソフトウエアクレイドルによるシミュレーションでは、飛沫の大きさを1㎛と小さく設定している。ウイルス自体の大きさが0.1㎛～0.2㎛だから、ウイルスの5～10倍の大きさである。1㎛の水の微粒子を初速度10ｍ/秒で飛ばすと仮定してシミュレート。マスクをしていない場合、2.5秒後に2ｍの距離に達する。重力を計算に入れているにもかかわらず、微粒子は落下しない。この場合は一般に言われる2mのソーシャルディスタンスでは不十分だ。一方でマスクをしていれば、飛沫はマスクの隙間から漏れ出るものの、微粒子はくしゃみをした人の周囲に留まる。くしゃみを可視化したシミュレーションは空気砲のイメージに近い。マスクには微粒子の補足効果を設定せず、速度に応じた圧力損失のみ設定して計算している。くしゃみをする人がマスクを装着する効果の本質は不織布やガーゼの目の細かさより圧力損失にある。

ランナーの飛沫シミュレーション
https://youtu.be/vTzjC5HATXg