氧气面罩上氧调器的流场分析研究

摘要

航空供氧是飞行员在高空低压缺氧环境下确保生命安全的必要手段，氧调器是供氧装备防护技术的关键环节之一。本文结合航空供氧生理学要求，对氧气面罩氧调器进行了研究，在建立氧调器模型的基础上，运用了数值模拟的方法对氧调器的流场特性进行了模拟计算，并最终得到了氧调器的流场特性。
　　在数值模拟的过程中，首先对氧调器吸气活门进行了简化，建立了吸气活门的几何模型和数学模型;其次阐述了数值模拟的方法，选取了流场计算的区域，设定了计算区域的边界条件，并运用ICEM软件对计算区域进行了网格划分;最后选取了相应的湍流模型，运用FLUENT对流场进行了静态和动态模拟，并对模拟结果进行了分析总结。
　　计算结果表明:在一个吸气周期内，流量变化的曲线近似呈正弦变化，活门开度较小时，流量变化梯度较大，当活门开度达到一定的值后，流量不再随活门开度的增大而变化;在活门进口和出口处，流场压力变化较大，氧调器的吸气阻力部分是在此处形成的，要想减小氧调器的吸气阻力，除了改变肺式机构的结构外，还可以改变此处的结构，使其有利于气体流动。本文的研究为氧调器性能和结构的优化提供了一定的参考依据。

目录

摘要

注释表

第一章 绪论

1．1 航空供氧装备概述

1．2 飞机的氧气系统

1．2．1 机载氧源

1．2．2 供氧调节器

1．2．3 个体防护装备

1．3 氧气系统的发展及现状

1．3．1 国外氧气系统的发展现状

1．3．2 国内氧气系统的发展现状

1．3．3 氧气系统的发展趋势

1．4 本文的主要研究工作及研究意义

第二章 供氧生理学基础及氧调器建模

2．1 供氧生理学要求

2．1．1 高空座舱环境

2．1．2 高空低气压对人体的影响

2．1．3 正常飞行供氧要求

2．1．4 高空座舱压力制度

2．2 氧调器结构及建模

2．2．1 氧调器的结构及工作原理

2．2．2 氧调器肺式机构建模

2．2．3 氧调器吸气活门建模

2．3 吸气活门理论计算及数学模型

2．3．1 活门流量

2．3．2 活门流通面积

2．3．3 活门开度

2．3．4 活门流量理论公式

2．4 求解方法

第三章 数值模拟方法

3．1 控制方程及湍流模型

3．1．1 控制方程

3．1．2 湍流模型

3．1．3 近壁区的处理

3．2 有限体积法离散

3．2．1 空间域的离散

3．2．2 控制方程组的离散

3．2．3 离散格式

3．3 压力修正的SIMPLE算法

第四章 吸气活门流场的静态模拟

4．1 计算区域的离散

4．1．1 计算区域

4．1．2 计算区域的网格划分

4．2 边界条件设置

4．2．1 各边界条件及相关参数设置

4．2．2 FLUENT求解器设置

4．3 静态模拟结果及分析

4．3．1 流量特性及分析

4．3．2 流场特性及分析

第五章 吸气活门流场的动态模拟

5．1 动网格技术及应用

5．1．1 动网格模型

5．1．2 动网格守恒方程

5．1．3 动网格算法

5．2 活门动态模拟的过程

5．2．1 活门运动的边界函数

5．2．2 活门PROFILE文件导入

5．2．3 动网格参数设置

5．2．4 动网格区域设置

5．2．5 时间步长

5．3 动态模拟结果

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