当一个人咳嗽或打喷嚏时，会喷出一团携带病毒和细菌的微小颗粒云，这些颗粒是流感、新冠肺炎或结核病等呼吸道疾病的传播媒介。了解这些气溶胶如何在空气中扩散，对于最大限度减少病原体在室内空间的传播至关重要，但其扩散动态十分复杂，受多种因素影响：呼气的力量、呼吸系统的结构、空间的特征等。现在，由罗维拉-维尔吉利大学研究人员领导的一项新研究表明，温度也是一个关键因素。
他们的研究结果发表在《流体物理学》上，表明呼出空气与环境空气之间的温差会导致颗粒云会更集中，飘得更远。温差越大，效果就越明显。
这项研究是URV的ECoMMFiT研究团队此前工作的延续，该团队开发了一种能够模拟咳嗽和打喷嚏的模拟器，以研究呼吸道气溶胶如何扩散。在那项研究中，团队证明鼻腔会明显改变喷出颗粒的走向。现在，研究人员在分析中加入了新因素：温度。
为此，他们对模拟器进行了改造，将呼出的空气加热至37°C，这一温度模拟了轻微发热者的体温。实验是在加泰罗尼亚能源研究所（IREC）的气候实验室内进行的，URV的研究人员能够在那里重现不同的受控环境条件。
更具体地说，他们研究了呼吸气溶胶在27°C、17°C和7°C环境中的行为，将这些温度与不同的呼气强度以及两种模拟器配置（鼻腔开放打喷嚏和鼻腔闭合打喷嚏）相结合。他们一共分析了十八种不同的实验配置，每种配置重复十次以确保结果可靠，所以一共完成了180次实验。
“我们想了解环境温度能在多大程度上改变粒子云的运动特性，”URV机械工程系研究员、该研究的合著者Nicolás Catalán解释道。“我们观察到的是，当呼出空气和环境空气的温差变大时，粒子云保持得更紧密，并飘得更远。”
对病原体空气传播方式的这种理解，有助于设计更有效的安全规程、通风系统和控制策略。这些结果在室内敏感场所（如学校、医院、生物实验室或公共交通）中可能特别有用，因为在这些地方，呼吸道疾病传播的风险更高。
为了记录这些现象，研究团队使用了高速摄像机和激光照明系统，从而能够详细地可视化和记录气溶胶的扩散情况。图像显示，在寒冷环境中，呼出的暖空气与环境空气之间的密度差异会产生浮力，从而改变呼吸颗粒云的轨迹和结构。这导致气溶胶浓度在更长时间内保持较高，并在完全扩散前飘散得更远。
鼻子是关键
研究还证实，呼吸系统的几何形状仍然是一个决定性因素。当气流部分通过鼻子时，水平扩散范围会减小，而垂直扩散会增强。相反，当呼气仅通过嘴巴进行时，颗粒云往往更倾向于水平向前移动。温度、呼气强度和鼻子参与的程度这种组合，会根据环境条件产生非常不同的扩散模式。
除了研究结果之外，这项研究还提供了该领域不常见的实验数据。迄今为止，许多关于呼吸道气溶胶的研究都依赖于数值模拟或人类志愿者实验，这使得精确控制流速、温度或呼吸道几何形状等变量变得困难。由URV开发的模拟器能够稳定地重现这些条件，从而生成极具价值的数据，用于构建能够更精确模拟气溶胶动力学和呼吸道疾病传播的计算模型。
然而，研究人员强调，呼吸道气溶胶的实际行为极其复杂，必须继续研究湿度、通风以及悬浮颗粒的持久性等因素。
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