The outbreak of COVID-19 underscored the need for a better understanding of the fluid dynamics of disease transmission. Human respiratory activities such as coughing, sneezing, and even talking and eating expel a huge amount of pathogen-laden droplets, and during eating and drinking, the physical properties of saliva are changed. In this study, we investigate the atomization morphology of expelled saliva from the perspective of varying fluid physical properties. Using high-speed shadowgraph experiments on artificial saliva, we visualize and analyze the disintegration of viscoelastic liquid sheets into ligaments and droplets. We find that the viscosity and surface tension affect the droplet size formed from expelled saliva. We show that the changes in physical properties of saliva induced by eating and drinking favor the formation of smaller droplets, which drive the airborne transmission pathway of pathogens. Furthermore, we derive a theoretical model based on scaling arguments to explicate our experimental findings.
코로나19의 발생은 질병 전파와 관련된 유체 역학의 이해를 필요로 해왔다. 기침, 재채기와 같은 호흡기 활동뿐만 아니라 대화 및 음식물 섭취는, 비말을 생성함으로써 병원체를 전파시킬 수 있다. 여기서, 먹고 마시는 행위는 비말의 물성치 또한 변화시킬 수 있다. 본 연구에서는 고속 그림자음영기법을 사용해 타액의 물성치에 따른 액체 미립화 형상을 시각화하고 분석했다. 실험을 통해 액체의 물성치인 점도와 표면장력이, 타액이 생성하는 액적 크기에 영향을 미친다는 것을 확인했다. 이를 통해, 우리는 음식물 섭취 시 타액의 물성치가 변화되며, 이는 공기 중 전염 가능성을 높이는 작은 액적의 형성을 촉진시킬 수 있음을 확인하였다. 또한, 스케일링을 기반으로 실험을 통해 얻은 결과를 설명할 수 있는 이론적 모델을 수립했다.
