Партнерство с Исследовательской лабораторией Военновоздушных сил США
Корпорация UES была основана как научноисследовательская организация. Ее сотрудники гордятся участием в совместных проектах с Исследовательской лабораторией Военновоздушных сил США. Этому партнерству уже более 40 лет. В частности, речь идет об исследованиях, проводимых сектором лаборатории № 117 «Возможности человеческого организма». Работы ведутся по следующим направлениям:
- современные технологии обнаружения биологических маркеров в воздухе и биологических жидкостях;
- оценка влияния микробиома на здоровье и работоспособность человека;
- вопросы токсикологии и промышленной гигиены;
- высокоэффективный контроль воздействия опасных химических веществ с учетом генетических факторов.
Специалисты из государственной лаборатории совместно с коллегами из корпорации UES разработали и провели исследование, направленное на создание достоверных расчетных моделей движения воздушных потоков в военнотранспортных самолетах и оценку полученных данных. Четкое понимание поведения воздушных потоков позволяет выявлять опасные места, в которых накапливаются возбудители болезней, и разрабатывать эффективные стратегии обеззараживания.
Продукт Simcenter. Задачи
Ключи к успеху
Результаты
Основной вид деятельности клиента Основанная в 1973 году корпорация UES занимается инновационными исследованиями и разработками мирового уровня для государственных и частных заказчиков. Корпорация UES по праву гордится тем, что ее разработки находят самое широкое применение (www.ues.com). Местонахождение заказчика г.Дейтон, шт.Огайо, США. |
Применение методов вычислительной гидрогазодинамики для оценки параметров воздушных потоков и выявления точек накопления аэрозолей
Для проведения необходимых гидрогазодинамических расчетов сотрудники сектора лаборатории № 177 и корпорации UES обратились в подразделение Simcenter™ Engineering and Consulting Services. При моделировании был применен программный комплекс для решения гидрогазодинамических и мультифизических задач Simcenter™ STARCCM+™, входящий в пакет решений и услуг Xcelerator от компании Siemens Digital Industries Software.
В исследовании рассматривался военнотранспортный самолет C130 Hercules — «рабочая лошадка» ВВС США. Он применяется для медицинской эвакуации еще с 1960х
годов. Конструкция C130 предусматривает быструю трансформацию грузового отсека в летающий госпиталь на 74 лежачих пациента. Для этого воздушное судно оснащено специальным электрическим и кислородным оборудованием.
Целью исследования было провести моделирование распространения биологических аэрозолей (при кашле) и построение траекторий движения частиц аэрозоля внутри фюзеляжа. В типовом сценарии рассматривалась загрузка борта большим количеством лежачих больных. Кашель инфицированного больного моделировался в Simcenter STARCCM+ в виде воздушного потока, переносящего капли различного размера. На основе геометрической модели самолета C130 инженеры корпорации UES провели первоначальную оценку характера движения воздушных потоков в установившемся режиме. Затем консультанты из Simcenter Engineering модифицировали модели с целью расчета траекторий многофазных частиц в неустановившихся режимах. Расчет выполнялся на суперкомпьютерном кластере из 200 процессоров. Всего за пару дней специалисты из Simcenter Engineering провели целый ряд расчетов в различных масштабах и передали полученные результаты в корпорацию UES, а также в ВВС США.
При расчетах столь сложных сценариев переноса возбудителей болезней достоверность численного моделирования имеет решающее значение. Благодаря мультифизичности решения, Simcenter STARCCM+ позволяет точно спрогнозировать траекторию движения диспергированных в воздухе твердых частиц. Кроме того, данная система отслеживает положение частиц в разные моменты времени, выявляя при этом, где будут скапливаться частицы того или иного размера, как долго они будут находиться в воздухе и какая масса частиц накопится на внутренних поверхностях. В дополнение, автоматизированный конвейерный рабочий процесс моделирования позволяет с легкостью перейти от расчета единичного случая к расчету сотен различных сценариев.
На основании полученных результатов ВВС США принимает важнейшие решения относительно воздушной транспортировки инфекционных больных.
Совершенствование системы вентиляции и повышение безопасности
На основе результатов расчетов были внесены изменения в конструкцию системы вентиляции грузового отсека, а также разработаны правила безопасности летных экипажей при перевозке инфицированных больных. Для оптимизации проектных решений возможно проведение дополнительных расчетов: с разным числом пациентов, различными характеристиками воздушных потоков в системе вентиляции или с иной компоновкой самолетных отсеков.
Данная работа продемонстрировала возможность применения методов численного моделирования при анализе распределения аэрозолей с частицами биологически значимого размера и концентрации на борту транспортного самолета. Для оценки достоверности результатов компьютерного моделирования потребуются дополнительные исследования.
Полученные знания о переносе аэрозолей с биологическими частицами и их осаждения в грузовых отсеках самолетов помогут в совершенствовании правил безопасности, методик отбора проб и дезинфекции наиболее загрязненных мест. Все это способствует безопасной перевозке больных и защите персонала Военновоздушных сил США.
