Open Access 31.01.2017

Animal transport vehicles as potential bioaerosol emitters: A preliminary contribution to environmental hygiene by means of computational fluid dynamics (CFD) simulation

Tiertransportfahrzeuge als potenzielle Bioaerosol-Emittenten: Ein vorläufiger Beitrag zur Umwelthygiene unter Verwendung einer numerischen Strömungssimulation

Summary
Several computational fluid dynamics (CFD) studies of cars and trucks are available in the literature, but no comprehensive simulations are currently available to visualize the airflow fields around animal transport vehicles (ATV) as potential objects that emit airborne components such as bioaerosols that can act as infective media. A simple truck was digitally constructed to mimic an ATV with air exchange openings on both sides of a box-like loading area. Using an open-source CFD software, the airflow field was visualized in a virtual wind tunnel. Within the flow domain, varying air velocities and pressure values were calculated. It is remarkable that the air flow shows a specific pattern, that directly influences the spatial distribution and velocity associated release of airborne components and therefore the potential dispersion of bioaerosols into the environment. In the future, critical discussion is additionally required regarding whether adequate CFD adaptations improve and confirm air flow and pressure predictions compared to experimental derived data. Furthermore, the operation of diverse ATV architectures, which are designed for different farm animal species have also to be taken into consideration. Consequently, such investigations will have direct influences on ATV-related bioaerosol emission behaviours of ATVs and will give deeper insight how pathogens are dispersed from ATVs when infected animals are transported. Therefore, the knowledge of ATV-related emission rates is a prerequisite for further studies.

Keywords: veterinary public health, livestock transporters, pathogen emission, disease transmission, livestock buildings

Zusammenfassung
Trotz der Vielzahl der in der Literatur aufgeführten numerischen Strömungssimulationen an Landfahrzeugen gibt es keine umfassenden Simulationen, die die Strömungsverhältnisse im Umfeld von Tiertransportfahrzeugen visualisieren, um derartige Fahrzeuge als potenzielle Emittenten von Bioaerosolen bzw. Infektionserregern zu charakterisieren. Es wurde daher zu Simulationszwecken ein vereinfachtes digital erstelltes Fahrzeugmodell herangezogen, das einen für Nutztiere vorgesehenen Laderaum mit beidseitigen Öffnungen für den Luftaustausch aufweist. Unter Verwendung eines „open source Programms“ im Bereich der numerischen Strömungsmechanik wurde das Strömungsfeld um das Fahrzeug in einem virtuellen Windtunnel berechnet. Aus dem visualisierten Strömungsfeld wird abgeleitet, wie die Umströmung und Durchströmung des Fahrzeuges die räumliche Verteilung und die geschwindigkeitsabhängige Freisetzung luftgetragener Komponenten direkt beeinflusst und damit auch die Verteilung von Bioaerosolen in der Umwelt letztendlich mitbestimmt. Zukünftige Untersuchungen sollten kritisch hinterfragen, inwiefern methodische Anpassungen die Simulationsberechnungen zu verbessern helfen und die erzielten Rechenergebnisse mit experimentell erhobenen Daten vergleichbar sind. Außerdem sollten in die Simulationen auch verschiedene, in der Praxis gebräuchliche Fahrzeugkonstruktionen mit einfließen, die auf unterschiedliche Nutztierarten abgestimmt sind, da hiervon auch das Emissionsverhalten von Tiertransportfahrzeugen abhängt. Diese Vorgehensweise erlaubt Rückschlüsse auf die Herkunft und Dispersion epidemiologisch relevanter Pathogene, wenn infizierte Nutztiere mit entsprechenden Fahrzeugen transportiert werden. Dies setzt voraus, dass zukünftig entsprechende Emissionsraten für Tiertransportfahrzeuge verfügbar sind.

Schlüsselwörter: Veterinary Public Health, Tiertransporter, Pathogenfreisetzung, Krankheitsübertragung, Nutztierhaltung

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