Detaillierte Modellierung der Trocknungskinetik, Lebensdauer und Trajektorien von Salivatropfen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Holger Grosshans
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468822780

Um das Trocknen und die Übertragung von Speicheltröpfchen vorherzusagen, werden bisher einfache physikalische Modelle verwendet. Diese Modelle stützen die Annahme, dass große Tröpfchen, die die meisten Viren tragen, auch die meisten Covid-Infektionen verursachen. Diese großen Tröpfchen setzen sich durch Gravitation schnell ab, so dass keine Gefahr besteht, solange wir einen Abstand von zwei Metern zu anderen Personen einhalten. Die hohe Anzahl von Infektionen in Deutschland während des Lockdowns seit November 2020 impliziert jedoch, dass diese Annahmen nicht gerechtfertigt sind. Stattdessen können große Tröpfchen zu kleinen Partikeln trocknen, die leicht genug sind, um über große Entfernungen durch die Luft transportiert zu werden, und eine indirekte Virusübertragung verursachen. Da die Viren nicht verdunsten, sind diese kleinen Partikel möglicherweise die gefährlichsten. In früheren Projekten haben wir fortschrittliche numerische Modelle für die Tröpfchenverdunstung und Partikelbildung formuliert. Außerdem haben wir ein CFD-Tool für den Transport von Tröpfchen und Partikeln durch turbulenten Luftstrom entwickelt. Im vorgeschlagenen Projekt werden wir die vorhandenen Modelle an das Trocknen von Speicheltröpfchen anpassen und sie zu einem Tool zusammenführen. Dieses Tool spiegelt die detaillierte Tröpfchentrocknungskinetik wider, einschließlich der Änderung der Verdunstungsrate aufgrund der gelösten Stoffe und der Bildung einer festen Schicht auf der Tröpfchenoberfläche. Ein solcher Ansatz ist dem klassischen D-Square-Modell überlegen und wird das mögliche Entstehen von Hohlpartikeln vorhersagen. Wir arbeiten mit Prof. Berrocal (Universität Lund) zusammen, der sowohl über das entsprechende Fachwissen als auch über eines der weltweit führenden Labors für Spray Visualisierung verfügt. Prof. Berrocal liefert uns simultane Messungen der Tröpfchenzahl, -größe und -geschwindigkeit beim Sprechen, Husten oder Niesen unter Verwendung von Bildgebungstechniken mit hoher Empfindlichkeit und räumlicher Auflösung. Aus diesen experimentellen Daten werden wir genaue Anfangsbedingungen für unsere Simulationen der Virusübertragung in einem Raum generieren. Solche detaillierten Simulationen führen zu einem besseren Verständnis der Kinetik der Speicheltropfentrocknung und der Virusübertragung in bestimmten Situationen. Die Ergebnisse dieses Projekts können zur Neubewertung der Covid-Schutzrichtlinien führen, insbesondere der zwei Meter Abstandsregel. Dadurch tragen wir zur Bewältigung der gegenwärtigen und zukünftigen Pandemien bei.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweden
• Kooperationspartner: Dr. Edouard Berrocal