Evaluación del efecto de la ventilación del aire en la dispersión de partículas de aerosol exhaladas en un aula: estrategia de simulación y flujo de trabajo optimizado
Autores: Ajmani, Arnav; Kirchhof, Lars; Rouhi, Alireza; Mehring, Carsten
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Evaluación del efecto de la ventilación del aire en la dispersión de partículas de aerosol exhaladas en un aula: estrategia de simulación y flujo de trabajo optimizado
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estrategia de solución eficiente
Modelado de redes fluidas
Dinámica de fluidos computacional
Modelado de partículas discretas
Calidad del aire
Concentración de aerosoles
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se presenta una estrategia de solución eficiente basada en modelado de redes fluidas, dinámica de fluidos computacional (CFD) y modelado de partículas discretas (DPM) con el fin de predecir y mejorar la calidad del aire, específicamente en lo que respecta a la concentración de aerosoles respirables, en una sala ocupada por personas y ventilada mecánicamente. Se evalúa la eficiencia del flujo de trabajo propuesto para el caso específico de un aula. Se encuentra que el sistema de ventilación actual está desbalanceado e ineficiente en la gestión de la concentración de aerosoles dentro de la sala. A pesar de una alta tasa de intercambio volumétrico, los tiempos de residencia de aerosoles y las concentraciones locales de aerosoles permanecen altas durante un período prolongado, sin esfuerzos adicionales para alterar la circulación del flujo de aire en toda la sala. La estrategia propuesta ilustra cómo tales cambios pueden implementarse de manera eficiente en el flujo de trabajo básico de co-simulación 1D/3D. El análisis del aula y del sistema de ventilación muestra que el tiempo de ejecución para el flujo de trabajo del proceso general puede optimizarse mediante lo siguiente: (1) generación de geometría CAD de la sala a través de escaneo láser 3D, (2) generación de malla basada en el comportamiento anticipado de descarga de aire del sistema de ventilación y (3) empleando recursos de HPC. Simplificaciones adicionales, como el desacoplamiento del flujo de aire de ventilación y la aerodinámica de la sala, como se observó en el caso de prueba investigado, el acoplamiento unidireccional entre el flujo de aire y la dispersión de aerosoles a bajas concentraciones de aerosoles y la solución sucesiva de las ecuaciones del campo de flujo pueden reducir aún más la complejidad del problema y los tiempos de procesamiento.
Descripción
Se presenta una estrategia de solución eficiente basada en modelado de redes fluidas, dinámica de fluidos computacional (CFD) y modelado de partículas discretas (DPM) con el fin de predecir y mejorar la calidad del aire, específicamente en lo que respecta a la concentración de aerosoles respirables, en una sala ocupada por personas y ventilada mecánicamente. Se evalúa la eficiencia del flujo de trabajo propuesto para el caso específico de un aula. Se encuentra que el sistema de ventilación actual está desbalanceado e ineficiente en la gestión de la concentración de aerosoles dentro de la sala. A pesar de una alta tasa de intercambio volumétrico, los tiempos de residencia de aerosoles y las concentraciones locales de aerosoles permanecen altas durante un período prolongado, sin esfuerzos adicionales para alterar la circulación del flujo de aire en toda la sala. La estrategia propuesta ilustra cómo tales cambios pueden implementarse de manera eficiente en el flujo de trabajo básico de co-simulación 1D/3D. El análisis del aula y del sistema de ventilación muestra que el tiempo de ejecución para el flujo de trabajo del proceso general puede optimizarse mediante lo siguiente: (1) generación de geometría CAD de la sala a través de escaneo láser 3D, (2) generación de malla basada en el comportamiento anticipado de descarga de aire del sistema de ventilación y (3) empleando recursos de HPC. Simplificaciones adicionales, como el desacoplamiento del flujo de aire de ventilación y la aerodinámica de la sala, como se observó en el caso de prueba investigado, el acoplamiento unidireccional entre el flujo de aire y la dispersión de aerosoles a bajas concentraciones de aerosoles y la solución sucesiva de las ecuaciones del campo de flujo pueden reducir aún más la complejidad del problema y los tiempos de procesamiento.