Tại sao khẩu trang kín khít lại bảo vệ bạn tối đa?

   Bước đầu tiên trong việc chống COVID-19 là bảo vệ nhân viên y tế ở tuyến đầu. Các virus đường hô hấp bao gồm COVID-19, đặc biệt nguy hiểm đối với nhân viên lâm sàng vì chúng rất dễ lây truyền khi bệnh nhân ho hoặc hắt hơi. Nhân viên bệnh viện và các nhân viên y tế cần phải đeo tấm chắn để bảo vệ bản thân trước các giọt bắn có khả năng gây chết người có thể xâm nhập màng mắt và đeo khẩu trang để chống lại việc hít phải các giọt này.

   Những thách thức

   Khẩu trang bảo vệ người đeo bằng cách lọc các hạt ra khỏi không khí trước khi đến phổi. Chúng ta thường quan tâm tới chất lượng khẩu trang để mang lại hiệu quả nhưng lại ít chú ý đến sự vừa vặn khi đeo. Đeo khẩu trang với chất lượng tốt nhưng không vừa với khuôn mặt sẽ không đủ để bảo vệ người đeo. Dữ liệu cho thấy đeo khẩu trang vừa vặn với khuôn mặt có thể giảm nguy cơ lây nhiễm cho người khác tới sáu lần [1].

   Để tối ưu hiệu quả của khẩu trang, người đeo cần chỉnh khẩu trang vừa vặn và ôm chặt vùng mũi. Ví dụ, khẩu trang N95 có thể tùy chỉnh phần nẹp quanh mũi vừa với mặt của người đeo, giúp giảm rò rỉ không khí. Để minh họa mức độ vừa vặn tác động đến luồng không khí bên trong khẩu trang, các kỹ sư của ANSYS đã sử dụng các công nghệ phân tích phần tử hữu hạn và mô phỏng động lực học chất lỏng để dự đoán tỷ lệ không khí thoát qua các khoảng trống quanh khẩu trang.

   Giải pháp

   So sánh dữ liệu giữa việc điều chỉnh và không điều chỉnh phần nẹp mũi, các kỹ sư đã sử dụng mô hình khẩu trang N95 có độ chính xác cao để mô phỏng áp lực tiếp xúc và luồng khí giữa mặt và khẩu trang. Họ bắt đầu bằng cách thực hiện mô phỏng tiếp xúc khuôn mặt và khẩu trang với ANSYS LS-DYNA, để dự đoán áp lực khẩu trang tác động lên mặt. Tiếp theo, họ xuất hình dạng biến dạng của khuôn mặt và khẩu trang vào ANSYS Fluent để mô phỏng luồng không khí xung quanh khẩu trang khi người đeo thở.

   Sau khi gán các đặc tính vật liệu thực tế của khẩu trang N95 và các mô trên khuôn mặt trong LS-DYNA, khẩu trang ảo được đặt trên mặt (Hình 1). Để mô phỏng điều chỉnh nẹp, sự biến dạng đã được áp dụng. Áp lực tiếp xúc trên mặt được ghi lại trước và sau khi điều chỉnh phần nẹp mũi: Các khu vực có áp lực tiếp xúc bằng 0 biểu thị các vị trí rò rỉ tiềm năng (Hình 2). Kết quả áp lực tiếp xúc cho thấy điều chỉnh phần nẹp mũi phù hợp làm giảm đáng kể kích thước và số lượng khoảng trống giữa khẩu trang và mặt.

Hình 1. Mô hình tổng quan khẩu trang N95 và mặt.


Hình 2. Áp lực tiếp xúc giữa mặt và khẩu trang N95 trước khi điều chỉnh nẹp mũi (trái) và sau khi điều chỉnh (phải)

   Tiếp theo, các kỹ sư thực hiện tính toán mô phỏng động lực học chất lỏng (CFD) bằng ANSYS Fluent để chứng minh sự khác biệt trong luồng khí và rò rỉ khi đeo khẩu trang lỏng lẻo so với đeo khẩu trang vừa vặn. Trong các mô phỏng CFD, khẩu trang được mô hình hóa như một vật liệu xốp (porous) và tốc độ dòng hô hấp được chỉ định bằng cách sử dụng điều kiện biên hít vào và thở ra thực tế. Các mô phỏng cho thấy trong mô hình đeo khẩu trang lỏng lẻo, rò rỉ không khí xảy ra quanh rìa của khẩu trang và đáng chú ý là khu vực gần mũi (Hình 3). Ngược lại, mô hình khẩu trang được đeo vừa vặn cho thấy kết quả rất ít rò rỉ không khí ở những phần đó.

Hình 3. Phân phối dòng khí bên trong khẩu trang đeo lỏng lẻo (trái); và dòng khí thoát ra từ khoảng cách giữa khuôn mặt và khẩu trang (phải).

   Kết luận

   Các mô phỏng cơ học cho thấy điều chỉnh phần nẹp mũi làm tăng hiệu quả khẩu trang, giúp cải thiện đáng kể mức độ tiếp xúc giữa khẩu trang và mặt của người đeo (tăng 24,36% diện tích tiếp xúc). Mô phỏng CFD cho thấy lượng không khí có thể thoát ra theo các rìa khẩu trang nếu có khoảng trống. Theo đó, kết quả cho thấy đeo khẩu trang đúng cách là cực kỳ quan trọng trong việc bảo vệ sự sống ở bên trong và bên ngoài khẩu trang.

   Tài liệu tham khảo:
[1] High Velocity Nasal Insufflation (HVNI) Therapy Application in Management of COVID-19, Leonard, S., Volakis, L.I., DeBellis, R., Kahlon, A., Mayar, S., Dungan II, G.C., Transmission Assessment Report, VAPOTHERM INC., Science & Innovation.

   Bài viết liên quan: Phân tích CFD của Mặt nạ khí dung bằng mô hình hô hấp


Nguồn : ansys.com

Lược dịch: Nguyễn Lan Phương - Advantech, Jsc.

Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech, Jsc. " hoặc "Theo www.advantech.vn " nếu bạn muốn phổ biến thông tin này

Các Giải Pháp
  • Prev
Giải pháp mô phỏng vỏ chắn điện từ
Giải pháp mô phỏng bài toán va chạm ô tô
Giải pháp mô phỏng phổ đáp ứng
Giải pháp tính toán độ ồn sinh ra trong các thiết bị
Giải pháp mô phỏng khí động đàn hồi cầu treo dây võng
Mô phỏng đáp ứng điều hòa của kết cấu (Harmonic Response)

LIÊN HỆ

VĂN PHÒNG GIAO DỊCH:
C2 lô 20, KĐTM Định Công, Quận Hoàng Mai, Hà Nội
Tel: (84-24)39 727 464 Fax: (84-24)39 727 464
Email: info@advantech.vn

HỖ TRỢ KỸ THUẬT:
Email: support@advantech.vn

Họ tên
E-Mail

FOLLOW US