Ученые улучшили столетнее уравнение для прогнозирования движения опасных загрязнителей воздуха

Исследователь из Уорикского университета разработал первый простой метод для прогнозирования движения частиц загрязнителей воздуха любой формы, что может значительно улучшить модели распространения заболеваний и оценки качества воздуха.

Большинство вдыхаемых нами микроскопических частиц — сажи, пыли, пыльцы, микропластика, вирусов и синтетических наночастиц — имеют неправильную форму. Однако математические модели, используемые для прогнозирования их поведения, обычно предполагают, что частицы являются идеальными сферами, поскольку такие уравнения проще решать. Это затрудняет мониторинг реальных, часто более опасных частиц неправильной формы.

Профессор Дункан Локерби из Школы инженерии Уорикского университета переработал формулу, разработанную в 1910 году, известную как поправочный коэффициент Каннингема. В 1920-х годах нобелевский лауреат Роберт Милликен усовершенствовал формулу, но упустил из виду более простое и общее решение. В результате современная версия оставалась ограниченной только сферическими частицами.

Новая работа профессора Локерби преобразует оригинальную идею Каннингема в более общую и элегантную форму. Он вводит «корректирующий тензор» — математический инструмент, который учитывает полный спектр сил сопротивления, действующих на частицы любой формы, от сфер до тонких дисков, без необходимости эмпирической подгонки параметров.

«Эта статья посвящена возвращению первоначального духа работы Каннингема 1910 года. Обобщив его поправочный коэффициент, мы теперь можем делать точные прогнозы для частиц почти любой формы», — пояснил профессор Локерби.

Новая модель обеспечивает более надежную основу для понимания того, как переносятся частицы в воздухе — от качества воздуха и климатического моделирования до нанотехнологий и медицины. Она может помочь исследователям лучше прогнозировать распространение загрязнителей в городах, перемещение вулканического пепла или дыма от лесных пожаров, а также поведение наночастиц в системах доставки лекарств.

Для дальнейшего развития этого прорыва Школа инженерии Уорикского университета инвестировала в новую современную систему генерации аэрозолей, которая позволит исследователям генерировать и точно изучать более широкий спектр реальных частиц неправильной формы.