呼吸防护面具罩体的流体力学分析及参数化建模研究

呼吸防护面具罩体的流体力学分析及参数化建模研究

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文集编号: 2015012005254

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文档介绍

呼吸防护面具是劳动过程中预防和控制呼吸性职业危害、保障劳动者生命安全的重要保护装备。佩戴呼吸防护面具将产生额外呼吸阻力,它增加呼吸功,影响通气,降低工人的工作效率和工作能力。如何减少额外呼吸阻力是一直是国际呼吸防护领域研究的重点。本文旨在采用计算流体力学分析与参数化设计方法,用UG二次开发工具构建参数化的呼吸防护面具罩体几何模型,并对之进行流体力学分析,以确定面具罩体几何结构对呼吸阻力的影响,实现面具罩体的优化再设计目的。计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)是现代科学中解决复杂流动和传热问题的有效计算技术。本文采用计算流体力学分析呼吸防护面具罩体内呼吸气流情况,主要内容包括:根据现代实验技术及空气动力学相关研究,确定呼吸防护面具罩体内呼吸气流流场特征、模拟主控方程、边界条件和三维湍流模型;以基于人体适配设计的头部三维模型数据,构造呼吸气流几何模型,并采用专业网格划分软件ICEM CFD对其进行网格划分;采用计算流体力学分析软件CFX进行数值模拟分析,得到一定几何结构下呼吸防护面具的相关呼吸气流参数。参数化设计指用一组参数来约定设计对象的尺寸关系,从而表达该设计对象的几何结构,是初步设计、产品建模、系列设计和动态设计的有效手段。本文提出用参数化设计的方法对面具罩体的几何结构进行表达,以便于确定面具罩体的几何参数对呼吸阻力的影响情况。以一款简单呼吸防护面具产品为例,本文采用UG二次开发工具对罩体部分的三维建模过程进行参数化创建,包括开发模型菜单、UG风格对话框和建模调用程序,并将其在UG软件中进行集成,实现用简单几何参数控制呼吸防护面具罩体部分的几何模型建模。结合计算流体力学分析技术与参数化设计,将参数化的气流几何模型在CFX中进行仿真分析,并通过模拟得到的相关呼吸气流参数对模型几何参数进行修改,可实现对该几何结构的优化再设计工艺,提高呼吸防护面具产品开发效率并减少其开发成本。

文档标签: 流体力学
贡献者

李海琳新来的

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