Modeling epidemic flow with fluid dynamics

Ziqiang Cheng; Jin Wang; Ziqiang Cheng; Jin Wang

doi:10.3934/mbe.2022388

数学生物科学与工程

2022,第19卷, 第8版: 8334-8360. 数字对象标识：10.3934/mbe.2022388年

研究文章

流行病流的流体动力学建模

程自强 ¹,
金旺（Jin Wang） ^2, ,

1
合肥工业大学数学学院，安徽合肥230009
2
美国田纳西州查塔努加市田纳西大学数学系

学术编辑：杨匡

收到：2022年4月7日 修订过的：2022年5月27日 接受日期：2022年5月31日 出版：2022年6月9日

本文提出了一种基于偏微分方程的新的数学模型来研究传染病的空间传播。该模型结合了流体动力学理论，将疫情传播表示为通过易感宿主和受感染宿主之间的相互作用产生的流体运动。在宏观层面上，感染的传播被建模为欧拉方程描述的无粘流。应用计算流体力学（CFD）的非平凡数值方法对模型进行了研究。特别是，空间离散采用了五阶加权基本无振荡（WENO）格式。作为应用，该数学和计算框架被用于中国武汉新冠肺炎疫情的模拟研究。模拟结果与累积病例的报告数据吻合，具有较高的准确性，并对新型冠状病毒肺炎的复杂空间动力学产生了新的见解。
- 流行病建模,
- 计算流体动力学,
- 新型冠状病毒
引文：程自强，王金。流行病流的流体动力学建模[J]。数学生物科学与工程，2022，19（8）：8334-8360。doi:10.3934/mbe.2022388

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摘要

本文提出了一种基于偏微分方程的新的数学模型来研究传染病的空间传播。该模型结合了流体动力学理论，将疫情传播表示为通过易感宿主和受感染宿主之间的相互作用产生的流体运动。在宏观层面上，感染的传播被建模为欧拉方程描述的无粘流。应用计算流体力学（CFD）的非平凡数值方法对模型进行了研究。特别地，采用五阶加权基本无振荡（WENO）方案进行空间离散化。作为应用，该数学和计算框架被用于中国武汉新冠肺炎疫情的模拟研究。模拟结果与累积病例的报告数据吻合，具有较高的准确性，并对新型冠状病毒肺炎的复杂空间动力学产生了新的见解。

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