近二十年来,多次爆发的呼吸道传染病,如SARS、H1N1、MERS和COVID-19,反复说明了研究人呼出生物气溶胶及呼吸道传染病传播机理的重要性。多数传染病的感染发生在室内环境中,传染性病原体随着人体呼气活动产生的飞沫或飞沫核在人际间传播扩散从而引发疾病感染。呼吸道传染病传播受很多因素的影响,如人的呼气行为、室内环境参数、病原体动力特性、易感人员的暴露等。本文主要针对室内环境中呼吸道传染病传播特性进行详细地研究,为制定有效的传染病工程防治策略提供理论指导。环境舱全尺度实验和数值模拟研究发现,在置换通风或由热压主导的自然通风房间内空气温度分布不均匀,出现温度分层现象,在这种情况下人呼出的气流会出现“滞留现象”,造成人呼出的污染物如CO2、细小飞沫或飞沫核悬浮在人员呼吸区高度附近,对室内易感人员造成潜在的疾病感染风险,该现象及其中夹带飞沫的动力特性以及对传染病传播风险的影响依然缺乏机理研究。本文采用数学模型和水箱模化实验两种方法,针对分层环境中人呼出飞沫的散布特性及呼吸道传染病的传播风险展开研究。数学模型在一定程度上能够预测人体呼出的气流扩散特征及飞沫的动力学特性,但由于模型的简化可能导致预测结果与实际人体呼出的气溶胶传播特性存在一定的偏差;水箱模化实验可以为数学模型提供可靠的验证。本研究提出了一种射流积分模型描述室内分层环境中人呼出气流的扩散规律并探究滞留现象出现的本质原因。设计并搭建多功能水箱实验台,采用“热分层法”实现水箱环境稳定的温度分层,根据相似性原理在水箱中模拟不同的室内环境工况下呼气气流的演变规律,一方面验证射流积分模型在不同分层环境中的有效性和适用性,另一方面控制不同的实验参数探究影响滞留现象和滞留高度的关键因素。研究结果表明,基于高斯分布假设的射流积分模型能较好地描述和预测不同室内空气环境（均匀/不同温度分层环境）中人呼出气流的扩散特性,且室内温度分层越明显、人的呼气行为越剧烈、呼气口径越小,气流在房间中的滞留高度越靠近易感人员的呼吸区。气流在温度分层环境中的滞留高度与呼气参数、环境温度梯度呈幂次律关系。该结果从改进或调节通风设计角度为控制或降低呼吸道传染病交叉感染风险提供借鉴意义。在呼气气流散布规律的基础上,进一步结合飞沫的蒸发理论,研究了分层环境对人呼出飞沫在环境中蒸发运动特性的影响。分层环境中飞沫及飞沫核的扩散特性的计算结果表明粒径小于80μm的飞沫在呼出后迅速蒸发,大于180μm的飞沫在1.5m内迅速沉降,受室内温度分层的影响较小。但当飞沫完全蒸发后飞沫核依然悬浮在空气中继续随呼气气流一起运动,出现类似于呼气气流的滞留现象,这种情况下飞沫核能扩散至较远距离处（＞2m）。室内空气温度分层对呼吸道传染病传播的影响表现在两个方面:一方面,飞沫核随气流扩散被滞留在不同的高度,该滞留高度由温度梯度和飞沫的初始粒径共同决定,并呈幂次律关系,较强的温度分层能将粒径较大的飞沫核滞留在靠近人呼吸区的高度,增加了呼吸疾病短距离甚至长距离空气传播的风险;另一方面,较大的温度梯度延缓飞沫的蒸发、加速飞沫的沉降过程,这种情况下会有更多的飞沫沉降至近距离地面,在一定程度上降低了飞沫传播的风险。对于粒径在80～180μm的飞沫,其蒸发和沉降特性受温度梯度和相对湿度的影响相似,即温度分层越明显、相对湿度越大,飞沫的蒸发过程就越缓慢、沉降过程就越快。因此,这两个因素都可以在一定程度上减少易感人员近距离内飞沫暴露的风险。另外,高强度的呼气活动如咳嗽或打喷嚏时湍流作用增强,显著增加了飞沫的扩散距离。上述研究中详细讨论了室内环境（均匀/分层）中呼吸道传染病患者呼出气流及其夹带飞沫核的扩散特性,接下来研究了室内环境中易感人员的暴露风险,结合病毒动力学、病毒的剂量-反应模型建立了呼吸道传染病在人际间的传播风险评估模型。风险评估模型主要考虑了飞沫（病毒）的释放、蒸发和扩散、在呼吸系统内的沉积、病毒的感染效率等因素,并采用Sobol全局敏感性分析方法对呼吸道传播风险评估模型进行敏感性分析。该风险评估模型在一定程度上量化了社交距离与呼吸道传染病传播风险的关系,研究结果表明在本文计算条件下室内环境中呼吸道传染病传播风险比室外自然通风环境下高约3个数量级。当室内出现温度分层时,感染风险可在相对距离超过2m时出现多个峰值,尤其公共交通环境、医院病房、疗养院中易感人员与患者存在呼吸高差时,2m相对距离可能是一个危险的距离阈值,此时应尽量避免与平躺或静坐的感染者近距离接触。敏感性分析结果显示导致室内环境中呼吸道传染病传播风险存在较大差异的因素主要包括环境温度梯度、易感人员暴露时间和人与人之间的相对高度差,因此疫情期间保持社交距离的控制措施需要和其它措施同时使用,如控制室内通风、减少暴露时间、戴口罩等。