Le Dr Hongping Wang et ses collègues du State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics de l’Institut de mécanique de l’Académie chinoise des sciences et de l’Université de l’Académie chinoise des sciences ont mené des expériences de laboratoire dans un tunnel d’eau pour étudier la dispersion des gouttelettes exhalées par une personne qui monte ou descend, en s’attachant particulièrement à élucider les effets de l’instabilité de l’écoulement sur la dispersion des gouttelettes.
Visualisation du mouvement des particules expulsées de la bouche du mannequin avec des angles d’inclinaison de 60° (a) et (b) et de 120° (c) et (d) ; les panneaux (a) et (c) affichent l’intensité moyenne de la fluorescence des particules, et les panneaux (b) et (d) montrent la distribution instantanée des particules à trois moments ; les flèches blanches marquent la direction d’éjection des particules ; l’intervalle de temps non dimensionnel dans ces figures correspond à un intervalle de temps physique de 0,1 s. Crédit photo : Wang. et al., doi : 10.1063/5.0073880.
“Deux modèles différents de dispersion des gouttelettes sont observés en raison des différents flux de sillage”, a déclaré le Dr Wang.
“Ces résultats suggèrent que nous devrions tousser avec la tête baissée vers le sol pour nous assurer que la plupart des gouttelettes entrent dans la région du sillage.”
Le Dr Wang et ses coauteurs ont imprimé en 3D des mannequins en utilisant de la résine blanche, chacun avec un angle d’inclinaison différent pour représenter le penché vers l’intérieur que nous faisons naturellement en montant des escaliers et le penché vers l’arrière lorsque nous descendons.
Après avoir placé chaque mannequin dans le tunnel d’eau, ils ont introduit des microsphères de verre creuses dans le tunnel.
Lorsqu’elles étaient éclairées par des lasers, les microsphères de verre permettaient de visualiser le mouvement d’écoulement derrière les mannequins.
Ce champ d’écoulement, souvent appelé sillage, a été étudié en utilisant une technique appelée vélocimétrie par image de particules.
Dans les simulations informatiques, les particules situées plus bas que la tête et se déplaçant vers le sol ont été prises dans le sillage de chaque mannequin et se sont déplacées vers le bas.
Il est apparu que les particules situées au-dessus de la tête étaient capables de se déplacer horizontalement sur des distances relativement importantes, comme si elles étaient émises depuis le sommet de la tête.
Pour les mannequins dont l’inclinaison reflétait la montée des escaliers, les particules se concentraient sous l’épaule et se déplaçaient vers le bas avec une courte distance de déplacement.
Pour la simulation de la descente, les particules se dispersant au-dessus de la tête de la personne étaient transportées sur une longue distance.
“Le défi majeur est de savoir comment utiliser les particules dans l’eau pour simuler les gouttelettes dans l’air”, a déclaré le Dr Wang.
“La partie la plus surprenante était que les particules plus hautes que la tête peuvent parcourir une distance beaucoup plus longue que les particules plus basses que la tête en raison de l’induction du flux de sillage.”
Les résultats sont publiés dans le journal AIP Advances.
