Найдено решение старой научной задачи, связанной с анализом загрязнения атмосферы: теперь возможно точно предсказывать движение вдыхаемых наночастиц нестандартной формы.
Исследователи из Уорикского университета разработали новый метод для расчета движения наночастиц нестандартной формы в воздухе. Именно такие частицы составляют значительную долю загрязнений воздуха, однако их точное моделирование долгое время было сложной задачей. Новый метод впервые объединяет простоту вычислений с учетом реальной формы частиц, исключая необходимость в чрезмерно сложных упрощающих предположениях, сообщает ScienceDaily.
Каждый день человек вдыхает огромное количество микро- и наноразмерных частиц, таких как сажа, пыльца растений, обыденная пыль, крошечные кусочки пластика, вирусные микроорганизмы и специально созданные наночастицы. Некоторые из этих частиц настолько малы, что могут доходить до глубоких отделов дыхательных путей и попадать в кровь, что создает риск развития серьезных заболеваний сердечно-сосудистой системы и других опасных болезней.
Традиционные методы моделирования обычно основывались на предположении, что частицы в воздухе имеют идеальную сферическую форму, поскольку такая геометрия облегчает необходимые вычисления. В то же время подавляющее большинство реально существующих частиц имеет сложную структуру и асимметричность, что затрудняет получение достоверных данных о поведении этих частиц в естественных условиях.
Данное исследование представляет собой принципиально новый подход к описанию движения твердых частиц различных форм в воздушной среде. Созданная модель позволяет с высокой точностью рассчитывать траектории движения наночастиц, основываясь исключительно на базовых физических законах и принципах гидродинамики. Основой методики стал усовершенствованный вековой уравнение, которое исследователи модифицировали, добавив специальный компонент — «тензор корректора». Этот элемент расширяет область применения классической теории, позволяя рассчитывать движение любых твердых тел, будь то сфера или плоская пластина, обеспечивая полную совместимость модели с разнообразными формами частиц в воздухе.
Новый подход отличается от прежних моделей тем, что не требует подгонки экспериментальных коэффициентов и сложных вычислительных алгоритмов. «Это первая модель, позволяющая точно прогнозировать перемещение несферических частиц в воздухе, и поскольку эти наночастицы тесно связаны с загрязнением воздуха и риском развития рака, это важный шаг вперед как для охраны окружающей среды, так и для науки об аэрозолях», — подчеркивают авторы исследования.
Таким образом, описанная методика обещает значительные улучшения в понимании экологических, здравоохранительных и климатических проблем. Она предоставляет возможность лучше разобраться в механизмах переноса вредных веществ в атмосферу и выявить эффективные меры их устранения.
Тем временем в России разработан фильтр для улавливания микропластика во время стирки.
Фото: hi-tech.mail.ru