数字式呼吸调节器的研究

论文摘要

数字式呼吸调节器在国内是一个新型课题,本文结合了航空生理供氧防护的要求,对数字式呼吸调节器系统进行了研究。根据氧气调节器系统的研究背景和国内外使用现状,对传统的机械气动式和数字式氧气调节器进行了对比,可以得出数字式氧气调节器的优越性。根据数字式呼吸调节器的工作原理,选取了锥形活门并对调节活门尺寸进行了设计,使其能够易于控制。利用流体计算软件FLUENT对氧气调节器主要流动区域活门处进行了数值模拟,由流量公式确定了活门的几何参数,然后使用GAMBIT建立活门模型,并对所建活门模型进行了非结构化网格划分;在FLUENT计算中,本文应用k?ε湍流模型以及非耦合求解方法进行了三维稳态计算,获得了不同活门开度状态点的流量值,从而应用这些数据绘制出流量特性曲线,得出在活门小开度范围内,气体流量和开度可以近似看成线性关系;随着开度的不断增加,流量的变化量也逐渐趋于平缓,这也符合了飞机在高空中供纯氧时氧流量变化平缓的特性。最后还设计了数字式呼吸调节器系统的控制原理。本文对进一步研究数字式呼吸调节器具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 氧气系统的发展
• 1.3 国内、外氧气系统的现状
• 1.4 研究对象及方法
• 1.5 本文所作的工作
• 第二章 航空供氧防护装备生理学要求及高空座舱压力制度
• 2.1 高空供氧装备的防护功能
• 2.1.1 正常飞行供氧
• 2.1.2 应急（连续）供氧
• 2.1.3 抗荷加压供氧
• 2.1.4 弹射跳伞供氧
• 2.1.5 紧急情况下，保证安全供氧
• 2.1.6 在地面可进行供氧检查
• 2.2 供氧装备生理防护要求
• 2.3 供氧浓度调节要求
• 2.4 供氧装备对人体生理的影响
• 2.4.1 供氧装备阻力对生理的影响
• 2.4.2 供氧装备流量对人体的影响
• 2.5 高空环境简介
• 2.6 座舱压力制度
• 第三章 数字式呼吸调节器的原理 及调节活门设计
• 3.1 数字式呼吸调节器系统原理
• 3.2 调节活门尺寸的设计
• 3.2.1 活门的流量公式
• 3.2.2 临界压力比
• 3.2.3 活门尺寸的确定
• 3.2.4 活门开度的计算
• 第四章 湍流模型和数值方法及FLUENT 介绍
• 4.1 基本方程
• 4.1.1 连续性方程
• 4.1.2 动量方程
• 4.1.3 能量方程
• 4.2 湍流模型
• 4.3 湍流的数值模拟方法
• 4.3.1 直接模拟
• 4.3.2 大涡模拟
• 4.3.3 Reynolds 时均方程模拟方法
• 4.4 数值方法
• 4.4.1 有限容积法（Finite Volume Method,FVM）
• 4.4.2 有限差分法（Finite-different Method, FDM）
• 4.4.3 有限元法（Finite-Element Method,FEM）
• 4.4.4 有限分析法（Finite Analytic Method,FAM）
• 4.5 CFD 软件的一般结构和求解过程
• 第五章 调节活门的数值模拟及结论分析
• 5.1 锥形调节活门的几何模型
• 5.2 网格生成
• 5.3 建立求解模型
• 5.4 设置边界条件
• 5.5 计算过程及结果
• 5.6 高度与流量的关系
• 5.7 活门的控制
• 5.8 活门的控制规律的研究
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文