2023 Fiscal Year Annual Research Report
新型コロナウイルス飛沫拡散の動的シミュレーションによる社会的距離概念の刷新
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21K03856
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山川 勝史 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (90346114)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 新型コロナウイルス / 飛沫感染 / 計算流体力学 / 感染シミュレーション / マスク / マスク変形 / 非構造格子 / 動的シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新型コロナウイルス飛沫感染に対する動的シミュレーションとして，１年目は動的マスクのための基礎検討を実施し，２年目は動的計算の一つの応用として上昇および下降するエスカレーターにおける飛沫飛散シミュレーションを実施した．最終年度である令和５年度は，まず１年目に基礎検討を行った動的マスクシミュレーションについての詳細計算を実施した．１年目の簡易計算では咳の気流によりマスクが大きく変形し，その変形が緩衝材として咳の気流を減速されることにより，動的シミュレーションはマスクが動かない静的シミュレーションより飛沫拡散の範囲が狭くなるという結果であった．またこれは計算前の予想と一致していた．しかしながら，計算格子を最適化し，マスク変形量測定についても精度を上げ，厳密な計算をさらに長時間に渡り実施した結果，動的シミュレーションでは静的シミュレーションより飛沫拡散範囲が広くなるという真逆の結果となった．ポイントとなるとは飛沫を発した後の吸気過程におけるもので，動的シミュレーションでは吸気時にマスクと顔との隙間が小さくなり，吸気つまり飛沫拡散を減らす方向への流れを弱くする働きがみられた．これにより飛沫拡散の後期において拡散抑制が働かず，結果として長距離に飛沫が拡散される結果になったと考察される．この結果は，動的シミュレーションがこれまでの静的シミュレーションと比較してより安全サイドであることを示し，動的シミュレーションの重要性を示すこととなった．また本結果を踏まえて動的マスクをモデル化した新たな計算手法を提案し，現在でもマスク着用が実践されている高齢者施設や病院を想定した車椅子利用時の飛沫拡散シミュレーションを行った．車椅子速度の違いにより感染リスクが変化することを突き止めた．
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