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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1、UDC密级学校代码劣j曩理歹大穿学位论文10497题目哩亟随控画县里住的逾佳力堂盆板壁叁麴丝建槿丑究一英文题目——TheCFDanalysisofrespiratowprotectivemask——霎皿亟!h金卫坌迦曼!曼延圣星亟!坠Q亟曼!i坠g．墅匿递bL——————一研究生姓名韭馥一一——姓名金世浩职称熬握．．430070申请学位级别亟±学科专业名称挝料加工王猩．论文提交日期．2Q!!生垒旦论文答辩日期2Q!!生墨L学位授予单位武这堡王太堂学位授予日期答辩委员会主席童量釜评阅人叠墨亟三羔——一至华垂2011年0

2、5月独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全

3、部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务o(保密的论文在解密后应遵守此规定)研究生(签名)：弘衔导师(签名)：彳地仁日期矽‘『．s·易旬————————————————————————————————————————————一一一中文摘要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

4、，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(ComputationalFluidDynamics，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，

5、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ICEMCFD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

6、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。关键词：呼吸阻力：计算流体力学分析(CFD)；UG二次开发Abst

7、ractRespiratoryprotectivemaskisallimportantprotectionequipmenttopreventandcontrolofoccupationalhazards，andrespiratoryprotectworkers’lifesafetyinlaborprocess．Weararespiratoryprotectivemaskwillgenerateadditionalrespiratoryresistance,whichincreasetheworkofbreathin

8、g,influencetheventilationandreduceworkers’workefficiencyandability．Howtoreducetheadditionalrespiratoryresistanceisalwaystheemphasisininternationalrespiratoryprotectionresear