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云战“疫”:超算云携手实云软件助推病毒防控

发布时间:2021-10-14 16:57 作者:

10月11日,青岛新增 3 例本土新冠肺炎无症状感染者。10月12日,青岛新增新型冠状病毒肺炎确诊病例6例,其中2例系无症状感染者转归;新增无症状感染者5例。在新冠疫情这场无硝烟的战役中,稍有不慎便会代价沉重。

图1 全球疫情图

科技是战胜病毒的最大底气,在新冠疫情爆发的第一时间,中国科技企业积极投入其中,利用云计算、大数据、仿真数字模拟等先进技术投入这场抗击疫情的全民战役。从最初对病毒的不了解,到进行有效监测防控,减少甚至阻断传播路径,超算云、实云自主流体仿真软件等前沿科技应用大力助推疫情防控研究。

众所周知,病毒传播的主要途径为呼吸道传播和密切接触传播。感染者呼出携带病毒气体,而这些气体会借助空气流动扩散,被健康人群吸入,进而造成病毒二次传播。因此,如何检测和获悉病毒的传播扩散路径信息,成为除新冠疫苗研发之外的疫情防控的重心。

借助超算云强大算力平台和优化部署环境,实云自主流体仿真软件对公共场所(以小型市场为例)内空气流动及病毒扩散进行了一系列模拟,一窥病毒公共区间扩算的全过程。

下面是具体实验模拟操作: 

数值方法及计算模型

通过求解N-S方程、k-ε湍流模型方程以及组分输运方程对公共市场内空气流动和病毒扩散进行模拟,空气视为不可压缩流体。假设病毒颗粒尺寸很小,浓度较低,只考虑流场对病毒的影响,可以采用组分输运模型对病毒扩散进行模拟,守恒方程如下:


其中C为病毒浓度,D为分子扩散系数,Fc为病毒产生源项。 

Duguid和Gao等人的实验结果表明,人体讲话时病毒释放率为0.085μg/s,密度为1000 kg/m3,颗粒大小为250 μm3。

假设携带病毒者口腔处为病毒传播源,病毒以5 m/s速度呼出,且呼出的病毒数速率为700个/秒。

根据一般小型市场(建筑面积小于500平方米)大小及结构分布建立计算模型,如图2,计算域为20m×15m×5m,进口和出口的面积大小相等,为5m×3m。假设下图中红色箭头标注为病毒携带者,简化的人体模型如图3所示。 


图2 计算域 

图3 人体模型 

市场内部摊位尺寸有两种:长宽高为1.5m×1m×0.7m 或1.5m×1m×1m。根据冬季平均风速,设置进口边界条件为速度入口(u=1.8 m/s),出口为压力出口;墙壁,人体表面,摊位表面为壁面边界条件。设置初场速度为0,初场病毒浓度为0。 

计算结果


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