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减压释放获取水中溶解氧供给呼吸的实验研究

作　者: 梁杰
导　师: 韩洪军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 市政工程
关键词: 水下取氧减压释放亨利定律溶解氧
分类号: P754.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 86次
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内容摘要

对于人类来说,潜水是一项非常重要的活动,不仅在于它重要的国防意义,更在于它能够使我们探索海洋的秘密,合理的开发和利用海洋资源。而传统的携氧潜水方式具有很大的局限性,也存在一定的安全隐患。潜水员在水下的停留时间取决于氧气瓶的容量,由于氧气瓶的容量有限,潜水时间一长,就需要经常更换气瓶,而往氧气瓶里压缩输入氧气既昂贵又危险。潜水位置也不能离潜水基地太远。海水因大气的溶解和生物的作用,本身就溶解有大量的氧气,携氧潜水忽略了潜水者周围的巨大氧源。为了摆脱传统携氧潜水方式带来的弊端,使人类能够更安全、更长久进行海洋潜水,科学家与工程学家们一直都在致力于直接从海水中提取氧气供潜水者呼吸方法的研究与探索。本文主要研究讨论了通过采用减压释放的方式是否能从海水中直接获取氧气供潜水者呼吸的可行性。研究包括以亨利定律为基础,讨论了气体溶解度与压强、水温和盐度的关系,分析了减压释放获取氧气的机理;通过减压释放试验讨论了减压释放气体量与压强、水温与盐度的关系,推导出释放气体量的数学模型;比较分析了海水中溶解气体和减压释放气体的成分比例差异;从气体溶解动力学出发,推导出气体减压释放速率动力学方程;探讨了如何通过试验装置的改进,在很大程度的提高减压释放速率,从而能在短时间内获得大量氧气;对海洋的实际环境作出研究与分析,讨论通过减压释放方法获取氧气供潜水者呼吸的实际可行性,并根据讨论结果,对实用型装置各项技术参数作出初步的探讨。研究表明,通过采用减压释放的方式直接从海水中获得生存所需的氧气在理论和小试上都是现实可行的。只要将具有一定静水压强并溶有氧气的海水减压至足够低的压强,就可以获得生存所需的氧气;随着温度和盐度的升高,溶解在海水中氧气就会减少,这将有利于更多的氧气从水中释放;由于气体的亨利系数的不同,溶解在海水中空气的成分比例与大气中完全不同,但是通过减压释放这一逆溶解过程所解析的气体成分比例与空气几乎相同;未增设搅拌器的减压释放装置,氧气的释放速率非常缓慢,通过增加搅拌装置和增大装置单位体积表面积,释放速率得到了明显的提高,在短时间内获取了足够量的气

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-23
  1.1 传统携氧潜水呼吸方式的局限性  10-11
  1.2 水下直接取氧技术的发展与研究现状  11-16
    1.2.1 国外从海水中取氧技术的发展情况  11-15
    1.2.2 国内水下取氧技术的研究现状  15-16
  1.3 水中分离氧气的主要方法  16-20
    1.3.1 膜分离技术  16
    1.3.2 血红蛋白分离技术  16-18
    1.3.3 减压释放分离技术  18-20
  1.4 本课题的背景及研究内容  20-23
    1.4.1 课题背景与意义  20-21
    1.4.2 研究内容  21-23
第2章试验装置与方法  23-27
  2.1 试验设备与主要材料  23-24
  2.2 试验的流程与方法  24-25
  2.3 减压释放气体量的计算与收集方法  25-26
    2.3.1 气体量的计算  25
    2.3.2 气体的收集方法  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章减压释放气体量与影响因素  27-42
  3.1 各气体在海水中的溶解度及其影响因素  27-31
    3.1.1 溶解度与气体分压的关系  27-28
    3.1.2 溶解度与温度的关系  28-29
    3.1.3 溶解度与盐度的关系  29-31
  3.2 减压释放气体量与影响因素  31-37
    3.2.1 减压释放气体量与压强的关系  31-34
    3.2.2 减压释放气体量与气体溶解度的关系  34
    3.2.3 减压释放气体量与温度的关系  34-36
    3.2.4 减压释放气体量与盐度的关系  36-37
  3.3 减压释放气体量数学模型  37-38
  3.4 减压释放气体主要成分分析  38-40
    3.4.1 海水中溶解的空气成分与其比例  38-39
    3.4.2 减压释放气体的成分  39-40
  3.5 本章小结  40-42
第4章减压释放气体速率与影响因素  42-51
  4.1 减压释放气体速率与气体浓度的关系  42
  4.2 减压释放气体速率与海水的单位表面积的关系  42-43
  4.3 减压释放气体速率与搅动程度的关系  43
  4.4 气体迁移系数Kg的确定  43-48
  4.5 气体释放速率中的气液传质理论  48-50
  4.6 本章小结  50-51
第5章减压释放氧气量量化分析及应用  51-59
  5.1 海洋溶解氧分布  51-53
  5.2 海洋温度分布  53
  5.3 海洋盐度分布  53-54
  5.4 减压释放氧气量量化分析与应用  54-58
    5.4.1 减压释放氧气量量化分析  54-55
    5.4.2 减压实用装置参数的初步探讨  55-58
  5.5 本章小结  58-59
结论  59-61
参考文献  61-64
攻读学位期间发表的学术论文  64-66
致谢  66

减压释放获取水中溶解氧供给呼吸的实验研究

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