Моделирование защитной дыхательной маски

[Guterfreund 75]

Добрый день, коллеги!

 

Хотелось бы посоветоваться по назначению граничных условии при моделировании движения воздуха в объеме защитной дыхательной макси.

 

Расчеты планируется выполнить в программе FloEFD (Simcenter), также дублирующий расчет будет сделан в ANSYS CFX либо FLUENT.

 

Маска будет выглядеть примерно так:

 

 

На маске установлены входные фильтрующие элементы с обратными клапанами. На выходе установлен обратный клапан, отсекающий вход воздуха снаружи при вдохе.

 

Вопросы следующие:

 

1. Заказчик предлагает задавать конкретный объем воздуха, входящий и выходящий из маски при вдохе/выдохе. Это 500 мл на один вдох. Мне кажется, что это не совсем правильно. Сокращение дыхательных мышц приводит к увеличению объема грудной полости, при отсутствии сопротивления на входе, объем вдыхаемого воздуха может быть равен 500 мл. Т.к. маска оснащена фильтрующим элементом и обратным клапаном, сопротивление на входе существенно увеличивается и в пределе объем воздуха, поступающий через входное отверстие маски, может быть близким к нулю. Т.е. при большом сопротивлении на входе при вдохе будет просто создано разряжение под маской.

 

Может быть есть идеи, как можно было бы более корректно смоделировать вдох и выдох? Сила мышц у всех разная и разные люди будут создавать разный перепад давлений за счет увеличения/уменьшения объема грудной клетки. Или зря я лезу в такие тонкости и задание конкретного объема на вдохе/выдохе может быть приемлемым?

 

2. Пока не понятно, как малой кровью можно было бы смоделировать движение воздуха через обратный клапан. Вход и выход из маски планировалось моделировать граничным условием Opening и пористой средой с соответствующим сопротивлением. На данный момент не получилось ограничить движение воздуха через данное граничное условие Opening только в одном направлении. Т.е при вдохе воздух должен входить через Opening, однако, при выдохе это граничное условие не должно пускать воздух в обратном направлении (из маски). Такая же тема с выходным отверстием: при вдохе через граничное условие Opening снаружи не должен поступать воздух. Моделирование работы обратного клапана как есть (в геометрии) сильно усложнит задачу.

 

Вероятно, будут идеи как можно смоделировать однонаправленное движение воздуха?

 

Цель расчета, анализ застойных зон, в которых скапливается отработанный выдыхаемый воздух, а также проверка на потенциальное запотевание очков. В первом приближении планировалось вести расчет с двумя средами (воздух и отработанный воздух), при этом при выдохе через нос планировалось подавать в полость маски отработанный воздух и смотреть за его движением во времени. Расчет нестационарный.

 

Спасибо за помощь!  

[karachun 2 038]

11 минут назад, Guterfreund сказал:

На данный момент не получилось ограничить движение воздуха через данное граничное условие Opening только в одном направлении.

В Ansys CFX Opening работает в обе стороны, то есть он может как выпускать так и впускать жидкость. Так что вы никак опенингом клапан не смоделируете, он для этого не предназначен.

[Горыныч 548]

Вообще ни разу не расчетчик, но имею замечание: почему бы не провести два расчета по разным, экстремальным объемам воздуха. Например, в покое и при интенсивной работе. Наверняка маску не только лежа на диване будут использовать.

[Guterfreund 75]

1 час назад, Горыныч сказал:

Вообще ни разу не расчетчик, но имею замечание: почему бы не провести два расчета по разным, экстремальным объемам воздуха. Например, в покое и при интенсивной работе. Наверняка маску не только лежа на диване будут использовать.

 

Спасибо за замечание! По условиям задачи расчет должен быть выполнен для статического положения человека без нагрузки.

1 час назад, karachun сказал:

В Ansys CFX Opening работает в обе стороны, то есть он может как выпускать так и впускать жидкость. Так что вы никак опенингом клапан не смоделируете, он для этого не предназначен.

@karachun у Вас опыт приличный, может будут идеи, как этот вход, вообще, можно было бы смоделировать? Ну не вариант клапан добавлять...

[karachun 2 038]

@Guterfreund Я бы считал отдельно вдох и выдох, через рестарты. Тогда на вдохе на клапане Pressure Inlet а на выдохе Wall.

Или можно поизвращаться и заменить клапан пористой средой у которой сопротивление зависит от времени, тогда на вдохе сопротивление близко к нулю а на выдохе очень велико. Вроде как такое можно задать во Fluent или CFX.

Изменено 29 октября 2021 пользователем karachun

[Foksmen 17]

@karachun , интересно, а во время расчёта во Fluent'е граничное условие поменять можно? Например в зависимости от направления движения воздуха в клапане.

Изменено 6 ноября 2021 пользователем Foksmen