محل الحلاق والفيروس

كيف تقلل أدوات إدارة تدفق الهواء من انتشار COVID-19 في الأماكن المغلقة.

من المقبول أن انتشار فيروس SARS-CoV-2 يتم بشكل أساسي من شخص لآخر ، من خلال الرذاذ والهباء الجوي الناتج عن شخص يسعل أو يعطس أو حتى يتحدث.

بقلم كريشنيندو سينها

مع انتشار وباء COVID-19 في الهند ، كان التركيز على فتح وفتح الاقتصاد. لقد بدأ واقع قاسٍ في ذلك حتى يتم تطوير لقاحات أو علاجات جديدة ، سيتعين علينا أن نتعلم كيف نتعايش مع الوباء. بصرف النظر عن التغييرات في السلوك الاجتماعي مثل التباعد الجسدي واستخدام القناع ، فإن تعديل أماكن العمل والأماكن العامة ، مثل متاجر الأحياء ومباني المكاتب والفصول الدراسية ، سيلعب دورًا مهمًا في الحد من مخاطر انتقال الفيروس وانتشاره.

من المقبول أن انتشار فيروس SARS-CoV-2 يتم بشكل أساسي من شخص لآخر ، من خلال الرذاذ والهباء الجوي الناتج عن شخص يسعل أو يعطس أو حتى يتحدث. تسقط القطرة ، التي عادة ما يكون حجمها أقل من المليمتر أو أكبر ، بسرعة على الأرض بعد انبعاثها بسبب الجاذبية. جزيئات الهباء الجوي أصغر بكثير (صغيرة مثل جزء من ألف من المليمتر) ويمكن أن تبقى معلقة في الهواء ، ومن المحتمل أن تحمل معها جزيئات الفيروس المعدية ، ويمكن أن يتنفسها الناس. لذلك ، فإن فهم تدفق الهواء والتهوية ، خاصة في الأماكن المغلقة حيث يميل الهباء الجوي إلى الاستمرار ، هو جانب رئيسي للتحكم في انتشار العدوى.

السؤال الآن هو: كيف يقلل المرء من خطر الإصابة بـ COVID-19 في الأماكن المغلقة ، مثل متجر حي أو محل حلاقة؟ محل الحلاقة لديه بعض التحديات الفريدة. يبقى العملاء في المتجر جالسين في مكان واحد طوال فترة قص الشعر ، عادةً من 10 إلى 15 دقيقة. ما الذي يؤثر على خطر الإصابة بالعدوى خلال هذا الوقت؟ بالتأكيد ، من المهم اتباع قواعد السلوك التي يتبعها الحلاق والعملاء الآخرون ، وكذلك التباعد المادي بين العملاء. والسؤال هو بنفس القدر من الأهمية: هل توجد تهوية كافية لتفريق الرذاذ والهباء الجوي؟ ربما يكون لدى الحلاق نفسه العديد من الأسئلة نفسها التي تدور في ذهنه. بعد كل شيء ، يقضي وقتًا أطول بكثير من العملاء في تلك المساحة المغلقة.

نحن نعتبر محل الحلاقة في حرم IIT-Bombay ، الذي يتردد عليه أعضاء هيئة التدريس والطلاب (معظمهم يواصلون تعليمهم عبر الإنترنت ، من المنزل ، في هذا الوقت). يحتوي محل حلاقة الحرم الجامعي على تصميم ربما يكون مماثلاً لما قد يصادفه المرء في معظم المناطق الحضرية في البلد. يتكون المتجر عادة من غرفة مغلقة (في بعض الحالات مكيفة - وهذا هو الحال بالنسبة لمتجر الحرم الجامعي) وعادة ما تكون غير جيدة التهوية. لديها أكثر من حفنة من الناس في أي وقت. هناك عملاء يدخلون ويخرجون ، والحفاظ على التباعد الاجتماعي يمثل تحديًا. في مثل هذا السيناريو ، هل يمكن استخدام إدارة تدفق الهواء لتحسين التهوية وتقليل مخاطر انتقال الهواء؟

من الناحية الفنية ، تسمى دراسة تدفق الهواء ميكانيكا الموائع وهي مهمة في العديد من المجالات من الفضاء والهندسة الميكانيكية إلى الفيزياء الفلكية والبيئة. تعلمنا ميكانيكا الموائع كيف يتدفق الهواء في الممرات وحول العوائق. المعادلات الرياضية لميكانيكا الموائع معروفة جيدًا ، لكن حلها صعب للغاية. هناك حاجة إلى عمليات محاكاة حاسوبية متطورة للغاية للتنبؤ بتدفق الهواء ، وهذا يشكل مجالًا للدراسة يسمى ديناميكيات السوائل الحسابية. يمكن أن يخبرنا CFD عن كيفية تحرك الهواء في محل الحلاقة وكيف يتم نقل القطرات المعدية بواسطة التدفقات. يمكنه أيضًا حساب كيفية تغيير تدفق الهواء بواسطة المراوح والنوافذ وتكييف الهواء ومجموعة من العوامل الأخرى.

تم بالفعل استخدام CFD على نطاق واسع لدراسة تدفق الهواء في الأماكن المغلقة مثل مقصورات السكك الحديدية والمساحات المكتبية ومراكز التسوق. تهتم العديد من الدراسات التي تم الإبلاغ عنها بتحسين راحة الإنسان وتقليل استخدام الطاقة ، على سبيل المثال ، من خلال التصميم الأفضل لأنظمة تكييف الهواء. في هذه الأوقات ، التي يهيمن عليها COVID-19 كما هي حياتنا ، ركزت دراسات CFD على تأثير الأقنعة (توضح كيف تقلل الأقنعة من عدد القطرات المنبعثة والمسافة التي تقطعها) وتدفقات الهواء وانتقال الهباء الجوي بشكل فائق. الأسواق. أظهر تقرير من مجموعة في هونغ كونغ كيف يمكن للقطرات المعدية من مصدر واحد أن تنتشر إلى الحجرة الكاملة لسكة حديدية عالية السرعة.

على وجه التحديد ، في سياق محل الحلاقة ، يمكن استخدام CFD لتصميم حلول التعديل التحديثي لتقليل انتشار العدوى المنقولة بالهواء. يمكن للإجراءات البسيطة مثل تركيب مراوح العادم أو حتى مروحة قاعدة بسيطة وفتح الباب الخلفي (لحسن الحظ ، لدينا واحدة في محل الحلاقة IITB) أن تحدث فرقًا كبيرًا. تتمثل الفكرة في تفريق القطرات بسرعة من مصدر محتمل داخل الغرفة إلى الخارج لتقليل المخاطر التي يتعرض لها الحلاق والعملاء الآخرون. يمكن أن تخبرنا العمليات الحسابية البسيطة بالفعل الحجم والقوة اللازمتين لمراوح العادم. على سبيل المثال ، بافتراض حجم نموذجي لمحل حلاقة يبلغ 10 أقدام في 15 قدمًا في 10 أقدام ، إذا أردنا استبدال الهواء في الغرفة كل دقيقة ، فسيتطلب ذلك مراوح يمكنها امتصاص 1500 قدم مكعب من الهواء في الدقيقة ، أو 1500 قدم مكعب في الدقيقة كما هو موضح في مواصفات مروحة العادم. للقيام بذلك بسرعة مضاعفة ، يمكننا إما تثبيت مروحتين من هذا القبيل ، أو مروحة عادم واحدة بسعة 3000 قدم مكعب في الدقيقة.

في حين أن العمليات الحسابية البسيطة هي نقطة انطلاق جيدة ، يحتاج المرء إلى عقد CFD مفصل لتحليل دقيق. يمكن لمراوح العادم إما زيادة دوران الهواء الطبيعي في الغرفة أو يمكنها إعاقته. لذلك فإن معرفة أنماط التدفق الدقيقة التي أنشأتها مروحة العادم يصبح أمرًا بالغ الأهمية. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون هناك تدفقات هواء ثانوية ، تُعرف أحيانًا بالمناطق الميتة ، حيث يمكن أن تبقى جيوب الهواء محاصرة لفترة طويلة. بطبيعة الحال ، هذا لا ينفث الهواء خارج الغرفة والشخص الذي يجلس في مثل هذه المنطقة الميتة يكون أكثر عرضة للتنفس في الهباء الجوي المستمر. يعد وضع المراوح والفتحات لتجنب هذه المناطق الميتة في صالون الحلاقة أمرًا بالغ الأهمية لإدارة تدفق الهواء. نحتاج إلى نماذج CFD لتحديد المناطق الميتة في الغرفة وأيضًا لإعطاء تقدير لمدى بقاء الهواء في هذه الجيوب. باستخدام CFD ، يمكننا ترتيب المراوح وفتحات التهوية في نموذج كمبيوتر للغرفة للوصول إلى أفضل حل ممكن.

يمكن أيضًا حساب السيناريوهات التي يتغير فيها تدفق الهواء عندما يدخل العميل أو يخرج من الباب ، أو عندما يكون هناك تيار مفاجئ من الهواء الدافئ من الخارج. يمكن لـ CFD أيضًا التنبؤ بكيفية تغير الأشياء مع الطقس أو المواقع الجغرافية. ومع ذلك ، فإن معادلات ميكانيكا الموائع لا تستسلم بسهولة حتى لأجهزة الكمبيوتر الحديثة حيث تبدأ المشاكل في التعقيد بشكل متزايد. على سبيل المثال ، الإجابة على سؤال بسيط التفكير مثل ماذا يحدث لملايين الشعر على الأرض؟ يمكن أن تمتد حدود أجهزة الكمبيوتر الخارقة. إن معرفة ذلك سيساعد حقًا لأن لا أحد يريدهم أن يبدأوا في الطفو.

يمكن توسيع حلول التعديل التحديثي المصممة باستخدام CFD لتشمل المساحات المغلقة الأخرى مثل محلات البقالة الصغيرة والمطاعم الصغيرة وعيادات الأطباء. يمكن أن يكون لكل منها طريقته الخاصة في إدارة تدفق الهواء لتقليل العدوى. يمكن أن تساعد CFD في إيجاد حلول التعديل التحديثي المصممة لاحتياجات كل منهم. بالنسبة للإعدادات الأكبر مثل قاعات المحاضرات والمسارح ومراكز التسوق ، يتعين علينا التعامل مع العديد من الأشخاص ومواقع الدخول والخروج المتعددة. حجم المشكلة أكبر ، لكن العلم هو نفسه. سنحتاج إلى مراوح وفتحات تهوية أكبر عددًا وأكثر ، ويمكن لعقد الفروقات CFD أن يخبرنا بالمكان الأكثر فعالية لوضعها. يمكن ضبط الحلول الذكية ، التي تحتوي على بيانات في الوقت الفعلي ، على عدد الأشخاص الموجودين في وقت معين. يمكن أن يكون هذا أكثر كفاءة من حيث استخدام الطاقة والتركيب.

اجتمعت مجموعة من الباحثين الهنود تسمى أبحاث ميكانيكا الموائع لـ COVID-19 (FMRC) لمعالجة مشاكل تدفق السوائل التي تطرحها إعادة فتح الاقتصاد. تضم هذه المجموعة باحثين من IITs مختلفة (IIT-Bombay و IIT-Madras و IIT-Roorkee) ومن الصناعة ، وتهدف إلى استخدام أدوات النمذجة المتقدمة لاقتراح حلول التعديل التحديثي التي ستساعد في تقليل مخاطر انتقال العدوى. تهم هذه المجموعة بشكل خاص القضايا المتعلقة بتدفق السوائل في الغرف المغلقة ووسائل النقل العام وبالطبع الفصول الدراسية.

الكاتب أستاذ هندسة الطيران ، معهد آي آي تي ​​بومباي