一种正压式呼吸面罩及其设计方法技术

本发明专利技术提供一种正压式呼吸面罩，主要包括罩体和单向阀，罩体上有进气口、出气口，罩体出气口处装有单向阀，其特征在于：进气口位于罩体左右两侧，出气口位于口腔的正前方。本发明专利技术还提供正压式呼吸面罩的设计方法，其特征在于设计步骤如下：在计算机上利用曲面造型软件(Solidworks)中的网格处理向导功能，对人体头部点云模型曲面化；根据人面部曲线变化规律，绘制三维的封闭式呼吸面罩内部结构图；利用网格划分软件(Gambit)对模型进行网格的划分以及边界条件的设置；利用计算流体力学软件(Fluent)对封闭式呼吸面罩进行流场特性分析；得出参数化设计结果。本发明专利技术提供的正压式呼吸面罩，其优点在于：该面罩可以进行个性化的设计，佩戴舒适，解决面罩造成面部损伤的事件。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种正压式呼吸面罩，主要包括罩体和单向阀，罩体上有进气口、出气口，罩体出气口处装有单向阀，其特征在于：进气口位于罩体左右两侧，出气口位于口腔的正前方。本专利技术还提供正压式呼吸面罩的设计方法，其特征在于设计步骤如下：在计算机上利用曲面造型软件(Solidworks)中的网格处理向导功能，对人体头部点云模型曲面化；根据人面部曲线变化规律，绘制三维的封闭式呼吸面罩内部结构图；利用网格划分软件(Gambit)对模型进行网格的划分以及边界条件的设置；利用计算流体力学软件(Fluent)对封闭式呼吸面罩进行流场特性分析；得出参数化设计结果。本专利技术提供的正压式呼吸面罩，其优点在于：该面罩可以进行个性化的设计，佩戴舒适，解决面罩造成面部损伤的事件。【专利说明】
本专利技术涉及正压式呼吸面罩。
技术介绍
个体防护式呼吸面罩，主要使用在工作环境比较恶劣的场所，如有烟雾的 工厂、车间，以及有较大粉尘的坑道等，用于个体呼吸系统的保护。经过调查， 我国许多呼吸防护面具生产厂家仍沿用传统的顺序设计生产工艺。这种生产工 艺不但使产品生产周期长，资金投入大，并且生产过程中很难对产品进行检测。 武汉理工大学的张静基于流体力学对自吸式面罩进行参数优化设计。但这种自 吸式面罩，使用者在呼吸时会感到费力、憋闷，如果呼吸频率较高时甚至会产 生窒息感。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种保证面罩内部的微正压，佩戴舒适且使人呼吸顺畅的呼吸面罩。 本专利技术提供一种正压式呼吸面罩，主要包括罩体和单向阀，罩体上有进气口、出气口，罩体出气口处装有单向阀，其特征在于:进气口位于罩体左右两侧，出气口位于口腔的正前方。 本专利技术提供的正压式呼吸面罩，其进气口的中心线方向与罩体对称面成向前倾斜75?85°、与水平面成向上5?15°，以获得气流偏转角的最佳值。 本专利技术提供的正压式呼吸面罩，其罩体出气口上装有阀罩和/或罩体上备有固定组件，以保护单向阀和便于佩戴。 本专利技术提供的正压式呼吸面罩，其罩体有一个与面部贴合的曲面，以达到既密封又舒适的条件。 本专利技术提供的正压式呼吸面罩，其单向阀周围有高2?5mm的凸台，以防止阀片被外部气体吹开。 本专利技术提供的正压式呼吸面罩，其单向阀中间有厚I?3mm的十字横梁，横梁中心有阀片安装孔。 本专利技术还提供正压式呼吸面罩的设计方法，其特征在于设计步骤如下: I)在计算机上激活SolidWorks软件中的Scan To 3D插件,利用其网格处理向导功能，对标准化的人体头部点云模型曲面化； 2)根据人面部曲线变化规律，绘制三维的封闭式呼吸面罩内部结构图； 3)利用Gambit软件进行网格的划分以及边界条件的设置； 4)利用计算流体力学软件Fluent，将边界条件具体化，在计算机上对封闭式呼吸面罩进行流场特性分析； 5)得出参数化设计结果。 本专利技术提供的正压式呼吸面罩，其优点在于:该面罩可以针对不同的人群进行个性化的设计，基于人体工程学理论，佩戴舒适，解决传统的个体防护式面罩造成面部损伤的事件。 【专利附图】【附图说明】 图1为正压式呼吸面罩的结构示意图；图2点云模型曲面化图；图3网格的划分以及边界条件的设置图；图4为正压式呼吸面罩内部的流场特性分析图；图5为正压式呼吸面罩模型内部建立的动压云图；图6为正压式呼吸面罩的速度云图；图7为正压式呼吸面罩的速度矢量图；图8为正压式呼吸面罩的湍流动能云图。 【具体实施方式】 实施例1 正压式呼吸面罩，其结构如图1所示，包括罩体5和单向阀3，罩体上有进气口 1、出气口 2，罩体出气口处安装单向阀，进气口位于罩体左右两侧，出气口位于口腔的正前方，进气口的中心线方向与罩体对称面成向前倾斜75?85°、与水平面成向上5?15°，罩体出气口上装有阀罩4和罩体上备有固定组件7，罩体有一个与面部贴合的曲面6，单向阀周围有高2?5mm的凸台，单向阀中间有厚I?3mm的十字横梁,横梁中心有阀片安装孔，阀罩上侧封闭，下侧有六个排气孔；固定组件是四个凸台，用来安装松紧带，将面罩固定在头部。其设计步骤为: 1、在计算机上利用SolidWorks软件中的网格处理向导功能，对点云模型曲面化: (I)将SolidWorks插件中的Scan To 3D激活，以导入网格文件； (2)利用网格处理向导功能，删除除面部以外的模型； (3)对模型进行整体平滑以及网格补洞操作，弥补点云模型生成过程中产生的孔洞问题； (4)得到亚洲人面部曲面模型。 2、根据亚洲人面部曲线变化规律，绘制三维的封闭式呼吸面罩内部结构图: (I)根据得到的亚洲人面部曲面模型，按照人体面部曲线的变化规律，绘制三维的封闭式呼吸面罩内部结构图，并且对其进行适当的简化和假设； (2)此封闭式呼吸面罩模型为口鼻全封闭式模型，即面罩壳体包住口鼻且上抵鼻梁下至下巴。 (3)按照上述要求，在鼻尖前3mm处建立一个平行于面部的平面，绘制呼吸面罩的大体轮廓，利用拔模功能，向亚洲人面部曲面进行投影，尽量增大拔模角度，以增加面罩内部体积； (4)由于人脸并不是完全对称，以人脸对称平面为基准，将较大体积的一侧删除，较小体积的一侧对称，防止由于边界过大导致压迫面部的情况。 3、利用Gambit软件进行网格的划分以及边界条件的设置: (I)选取合适的网格类型以及网格尺寸，使封闭式呼吸面罩内部模型网格划分质量较高，增加计算的准确性； (2)进口边界选取的是质量流入口(massflow)，出口边界定义的是自由流出口(outflow),其它边界条件设置为壁面(wall)； 4、利用计算流体力学软件Fluent，将边界条件具体化，在计算机上对封闭式呼吸面罩内部进行流场特性分析: (I)对生成的非结构四面体网格单元的封闭式呼吸面罩内部模型在计算流体力学软件Fluent中进行定义、假设以及参数设置； (2)在计算机上运行Fluent软件仿真，得到了封闭式呼吸面罩模型内部的多种参数图像； (3)对仿真结果进行处理分析，并对封闭式呼吸面罩模型进行改进； 5、得出参数化设计结果。 经过以上步骤，可以设计出人体佩戴舒适的呼吸面罩。 如图2所示,在计算机上利用SolidWorks软件中的网格处理向导功能,对点云模型曲面化: (I)将SolidWorks插件中的Scan To 3D激活，以导入.ply格式的网格文件； (2)利用网格处理向导功能，删除除面部以外的模型； (3)对模型进行整体平滑以及网格补洞操作，弥补点云模型生成过程中产生的孔洞问题； (4)得到亚洲人面部曲面模型。 (5)将只留下面部的亚洲人头部曲面模型另存为Face, sIdprt文件，方便在SoI idfforks中对封闭式呼吸面罩内部模型的建立。 如图3所示，利用Gambit软件进行网格的划分以及边界条件的设置: (I)在计算机上利用通用格式的.x_t文件,将利用SolidWorks三维绘图软件建立的封闭式呼吸面罩内部结构图，导入计算流体力学软件Fluent的前处理器Gambit中； (2)利用Gambit建立封闭式呼吸面罩内部网格模型； (3)利用Gambit在计算机上对封闭式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正压式呼吸面罩，主要包括罩体和单向阀，罩体上有进气口、出气口，罩体出气口处装有单向阀，其特征在于：进气口位于罩体左右两侧，出气口位于口腔的正前方。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马壮，邹媛媛，孙文武，赵明扬，黄勇，张辉，屈润鑫，
申请(专利权)人：中国人民解放军沈阳军区总医院，
类型：发明
国别省市：辽宁;21