低压环境实验舱的设计
低温环境模拟舱室的热设计、控制分析与降温试验
低温环境模拟舱室的热设计、控制分析与降温试验本文涉及的低温环境模拟舱室(设计温度-205℃～+100℃),是能为某些装置或部件提供低温环境下进行试验工作的密闭舱室,该舱室具有较大的内部空间和优良的绝热保温性能,并且在工作状态下,舱室内部充有一定量的氦气,以增强内部的传热性能、加快降温速率。
低温舱室应用最多的是低温真空舱室,由于该种类型的舱室内部处于高真空环境,因此舱室内部真空绝热的保护。
如果所需求的低温舱室要在非真空状态下工作,那么舱室内外筒体连接构件的漏热就是一个最关键的问题。
在该类低温舱室的设计过程中,如何尽可能地减少通过舱室结构的漏热量,是热设计过程中的重点及难点。
本文通过对低温环境模拟舱室的漏热较大部分:门封和内外筒体间的连接通道进行了结构设计与搭接液氮管路的优化,减少漏热量。
对舱室热沉氦气管路进行了热计算,确定了结构的合理性;对低温下稳定工作状态中的舱室进行漏热分析,包括舱室主体真空绝热层的漏热、端面通道的漏热、内外筒体间支撑结构的漏热、通过门封结构的漏热、通过低温工质管道的漏热。
根据低温环境模拟舱室的功能与目的,分析了低温环境模拟舱室的循环工作原理,依据目标温度划分其工作流程,包括目标温度85K以下恒温控制流程、目标温度85K-150K恒温控制流程、目标温度150K-室温恒温控制流程、目标温度室温-100℃恒温控制流程和复温控制流程。
根据控制要求对可编程逻辑控制器PLC 进行了选型设计。
对低温环境模拟舱室进行的内部热沉降温试验,证明低温非真空舱室内部在降温速率上相对于低温真空舱室的优越性,空间内部充入氦气能大大提高空间内的换热性能;并且初步证明舱室热设计的合理性。
环境工程实验小型环境舱的研制与实验设计
环境工程实验小型环境舱的研制与实验设计作者：苗娟魏学锋王睿王占勇何睿董铁有来源：《中国教育技术装备》2011年第33期摘要以培养学生的科学素质和创新能力为理念，自行设计和制作小型多功能环境舱，可用于模拟室内环境变化对空气污染物浓度变化的影响，亦可作为室内空气污染物去除的实验装置。
介绍其制作思想、结构和功能，并设计与教学内容相适应的实验。
关键词环境舱；实验教学；环境工程；实验设计中图分类号：G642.423 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2011)33-0126-04Development of Small Environmental Chamber for Environmental Engineering Experiment and Design of Experimental Curriculum//Miao Juan, Wei Xuefeng, Wang Rui, Wang Zhanyong, He Rui, Dong TieyouAbstract A small environmental chamber for environmental engineering experiment curriculum was designed and prepared on the basis of modern teaching ideas such as improvement of scientific quality and of innovation ability for undergraduate in the field of environmental engineering. The chamber can be used to modify the concentration changing of indoor air pollution with the environmental conditions. And which can also be used as an experimental unit to remove the air pollution. The preparing idea as well as its structure and function were introduced in this paper, and some experiments were also designed in corresponding with the content of curriculum.Key words environmental chamber; experimental teaching; environmental engineering; design of experimentAuthor’s ad dress Environmental Engineering School of Henan University of Science and Technology, Luoyang, Henan, China 4710031我国环境工程学科是在20世纪70年代中后期迅速发展起来的，到目前为止，大约有140多所大学成立了环境工程专业，而且还在继续增加。
环境测试舱的结构及舱内实验条件
环境测试舱的结构及舱内实验条件据统计，一个健康成年人每天呼吸的空气量约为12kg，远大于对食物和水的摄入量，故室内空气品质对人类的健康具有重要影响。
目前，越来越多的空气品质实验都在自制的环境实验舱中进行。
环境实验舱是测定室内材料和用品中VOC释放量以及释放和污染特性的基本设备，它是把被检测的物品放在舱内，在舱内模拟的环境条件下测定各种参数和释放量。
相比于实际的室内环境，环境舱的舱内温湿度、换气次数更容易进行人为的控制，并且在密封条件下能够确保舱内实验过程不受室外环境污染影响。
因此在空气品质测试中，许多标准都规定环境舱实验为仲裁方法。
然而，各种标准和实验中的环境实验舱材料不同，大小不一，参数各异，始终没有统一的标准来规范环境舱的结构和相关测试参数，我们希望通过相关文献的研究和总结，建立一个更接近现实环境、更实用的环境实验舱，作为行业标准制定的基础。
VOC及甲醛释放量环境测试舱1、环境实验舱构造环境实验舱舱体内壁全部采用电抛光不锈钢材料，各部分是通过在结合部采用连续焊接法固定在一起以及在承重框架处采用点焊焊死[4]。
整个环境舱采用聚四氟乙烯等无吸附、低散发的密封条，并且采用聚亚胺酯泡沫绝缘保温。
舱内保持正压以防止外部空气通过渗流等作用进入。
环境舱的进气口和出气口均设置在顶部，空气均由一个散流器引入舱内，并且通过设置在舱内部顶上的风扇充分混合，保证采样点有害物的浓度能够实时代表舱内有害物浓度[5]。
采样装置是将采样管伸进舱体中央进行采样，采样管的外层材质一般与舱体相同，大多为不锈钢，内衬聚四氟乙烯管以避免采样过程中气体样本收到污染或发生某些反应影响结果。
舱外安装空调机组，其中有化学过滤器和中、高效空气过滤器净化舱内空气，空调系统控制舱内温湿度，可以模拟实际的室内空气环境。
VOC及甲醛释放量环境测试舱2、环境实验舱内实验条件无论大型环境实验舱还是小型环境实验舱，VOC及甲醛释放量环境测试舱，舱内实验条件通常为：空气温度设定在23℃±2℃，空气相对湿度为50%±10%，空气交换率为0.03次/h左右，空气流速为0.1～0.3m/s[6]。
实习三 低压舱工作原理和主要设备的使用方法
实习三 低压舱工作原理和主要设备的使用方法
低压舱是模拟高空低气压环境的大型实验装置，是航空航天医学工作中不可缺少的重要 设备之一。通过组织飞行人员参加低压舱模拟上升可以帮助飞行人员体验急性高空缺氧及大 气压力降低对人体的影响，同时通过低压舱还可以检查飞行人员对缺氧的耐受能力，也可以 结合实际对飞行人员进行供氧装备ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用方法的训练。使用低压舱可完成部分航空生理训练科 目，详见本实习附录。
4
1. 缺氧体验训练 缺氧体验训练可以通过低压舱与吸入低氧混合气两种方法进行。根据训练的安排，可 以设置不同的低压舱上升高度与低氧混合气的浓度。在训练过程中，受训人员可以进行缺氧 耐力检查与缺氧症状的体验。具体实施可参见本实习讲义实习四。 2. 低气压与突然减压训练 可以通过低压舱进行。根据训练要求，可上升至不同高度、设置不同的减压值。通过 训练，可以使受训人员体验低气压的物理机械性影响，感受突然减压时的情景与身体反应， 增强其遭遇座舱破坏时的处置能力。具体实施可参见本实习讲义实习四。 3. 地面加压呼吸训练 当座舱高度超过 12 000m 时，机上供氧系统将进行加压供氧；现代战机在出现一定值 的过载时也会进行加压供氧。如果飞行人员对此不够熟悉，就可能出现呼吸困难、惊慌失措， 导致不当操作。本训练可使受训人员体验加压呼吸的感受，掌握加压呼吸的动作要领。具体 实施可参见本实习讲义实习七。 4. 抗荷措施训练 在战斗飞行与特技飞行中，飞行人员常暴露于＋Gz 过载中，而且由于飞机性能的提升， 飞行人员可能承受高达 6-9G 的过载，因此使用抗荷装备与实施正确的抗荷动作在对抗过载 的影响时缺一不可。本训练的目的是使飞行人员掌握抗荷服的选择与使用方法，以及正确的 对抗动作的要领。训练可采用抗荷服、抗荷调压器或离心机进行，详见《航空航天生物动力 学实习讲义》。 5. 预防与克服飞行错觉的训练 在复杂气象条件或夜航时，飞行人员常出现飞行错觉。如果判断错误、处置不当可威胁 飞行安全，因此进行预防与克服飞行错觉的训练十分必要。本训练通过飞行人员亲身体验飞 行错觉的表现，使他们掌握预防与克服飞行错觉的方法。训练可以采用圆筒式暗室与视动转 笼、电动转椅进行。通过不同旋转方式以及旋转过程中头部移动的方式，可以造成旋转、上 仰、下俯与倾斜等错觉，可使飞行人员了解错觉发生的原理，理解在飞行因素作用下个人感 觉并不可靠的道理，使他们树立在实际飞行中坚信仪表的思想。详细内容参见《航空航天心 理学实习讲义》。
环境工程实验小型环境舱的研制与实验设计
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验 。后 者 是 独 立 于 前 几 门实 验 之 外 单 独 的 一 门 课 程 ，
便宜，环境 因素容易控制 ，应用普遍 ，主要用来测试材
料、部件和小型产品，是 国际上欧美国家测量建材和室 内产 品排 出的有机 污染物 的推荐设备。 本设计的思路是 ，在较低成本的条件下，设计制备
同时也是 它们 的有益补 充 ，其 具有 两个特 点：一是 与
１６ ２
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潮 实验教学
环境工程实验 小型环境舱 的研制 与实验 设计木
苗娟 魏 学锋 王睿 王 占勇 何睿 河 南科技大学环 境工程 系 河 南洛 阳 董铁有 ４ ０ ７０ ３ １
环境 测试舱 ，对挥发性有机气体释放特征和释放机理进
行研 究 。 一 按体积 可分为大舱与小舱 （ ５ 。 ＜ ），小舱价格相对 ｍ
业 的课 程 建 设和 实 践 环 节 ，在 教 学 中取 得 良好 的 效 果 。在 实验教 学环节 ，除设置 水污染 控制工程 实验 、
大气污 染控制 工程实验 、 固体 废弃物 处置 实验、物 理 污 染控 制 实 验 和环 境 监 测 实验 外 ，增 设环 境 工 程 实
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低压氧舱实验报告
低压氧舱实验报告一、实验目的探究低压氧舱对人体生理状况的影响，评估在低氧环境下人体的适应能力。
二、实验装置和材料- 低压氧舱- 氧气供应系统- 生理参数监测装置- 实验参与者三、实验过程1. 实验参与者进入低压氧舱，并关闭密封门，确保舱内空气不外泄。
2. 开启低压氧舱中的氧气供应系统，保证空气中的氧气浓度低于常压气体中的氧浓度。
3. 启动生理参数监测装置，实时监测实验参与者的血压、心率、血氧饱和度等生理指标。
4. 持续观察并记录实验参与者在低氧环境中的生理变化，包括面色苍白、头晕、恶心等症状。
5. 当实验参与者出现明显的不适症状时，立即停止实验，提供氧气补给，恢复正常氧浓度。
6. 在实验结束后，对实验参与者的血压、心率、血氧饱和度等指标进行再次监测。
四、实验结果在低压氧舱实验中，实验参与者普遍出现了血压升高、心率增快、血氧饱和度下降等生理变化。
部分参与者还出现了面色苍白、头晕、恶心等不适症状。
这些生理变化表明在低氧环境下，人体对氧气的需求增加，心血管系统和呼吸系统受到一定程度的负荷。
此外，在观察的时间段内，未发现实验参与者出现严重的健康问题，所有不适症状均可通过及时提供氧气补给来缓解。
说明在短时间的低压氧舱实验中，人体具有较强的适应能力。
五、实验讨论低压氧舱实验通过模拟高海拔环境，有效地评估了人体对低氧环境的适应能力。
实验结果表明，人体在低氧环境中的生理变化符合预期，但应注意可能出现的不适症状。
实验参与者普遍出现血压升高、心率增快、血氧饱和度下降等反应，这些反应可能是机体为了增加氧气供应而采取的应激性反应。
然而，本实验仅展示了短时间低氧环境对人体的影响，对于长期暴露在低氧环境下的人体适应能力尚待更进一步的研究。
此外，考虑到个体差异和健康状况的影响，实验结果仅供参考，不能一概而论。
六、结论低压氧舱实验结果显示，在低氧环境下，人体的生理指标会发生一系列变化，包括血压升高、心率增快和血氧饱和度下降等。
低压复合环境试验舱群研制
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试 验鉴 定所 需 的 高 空低 压 环 境 、 温度 环 境 、 速 减 压 环 境模 拟 等 各 种 需 求 ． 提 高航 空装 备 地 面试 验 结 果的 准 确 性 、 迅 对 可
靠 性有 较 大意 义 。
［ 键 词】 低Biblioteka 压 舱 ； 速 减 压 ； 合 环境 关 迅 复
【 中国 图 书 资料 分 类 号】 Ｔ ７ ２ Ｖ １￣ 【 献标 识 码］ Ａ ［ 章 编 号】 １０ — ８ ８２ １ ）２ ０ ０ — ４ Ｈ ７ ； ２７． 文 ２ 文 ０ ３ ８ ６ （０ １ １－ ０ ６ ０
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低压舱设计
低压舱设计
杨圣杰
【期刊名称】《飞机设计》
【年(卷),期】1995()3
【摘要】从飞机环控系统地面模拟试验设备设计的角度,以刚度计算为重点,论述了低压舱的设计方法,推荐了美国米塞斯图表法,从而简化了计算。
笔者积多年的实践经验,在低压舱的封头、加强圈、开门机构和密封形式的设计中均有独到之处。
尤其是,大胆取消了开闭舱门的锁紧装置,采用了“羊角式密封圈”靠抽空时形成的负压,自动密封舱门的方案,使开、闭舱门特别简单、快捷,实践中收到了良好的效果,大大缩短了试验周期。
【总页数】8页(P33-40)
【关键词】低压舱;封头;临界长度;加强圈;飞机环控系统
【作者】杨圣杰
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】V245.3
【相关文献】
1.根据大型复合低压舱特点完善操作规程设计 [J], 张东辉;许永华;王忠明;是文辉;董翔;赵红艳;李建瑛;李佳佳;马娜
2.地面上的太空出舱——三大出舱训练之低压舱训练 [J], 陈小春;
3.低压载人试验舱复压系统的气动特性计算和声学设计 [J], 戴根华;李沛滋
4.低温低压环境舱压力系统设计 [J], 王云开;夏远哲;李健
5.ZL205A合金舱体低压工艺设计及数值仿真应用 [J], 孙浩;崔恩强;张娜;刘颖卓;陈俊杰;朱辉;卜华锋;王财华
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有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再 求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小 的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较 简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足 条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。 这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题 被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难 以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且 能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程 分析手段。
航天中的应用
1，飞行员、航天员的选拔 2，飞行员、航天员的健康检查鉴定 3，航空航天医学体验 4，航空航天医学体验
医学领域
1，支气管哮喘 2，术前耐受性训练 3，体育训练 4，高原适应
低压舱系统是由进气系统，抽气系统，真 空泵，管路系统和控制系统组成。 该系统的原理图如下：
在本设计中，舱体的进气口，出气口都是 运用法兰连接，法兰孔径为80mm，法兰与 舱体用焊接处理，法兰之间用螺栓连接， 法兰上孔的直径为18mm，螺栓选用M16的 螺栓，法兰厚度为18mm。具体示意图如下：
由于舱体尺寸为4m×2m×2m，压力为 49KPa。查《压力容器设计指导手册》，将 舱体的窗口大小设计为400mm×300mm， 圆角半径为30mm。在门上是窗口设计成圆 形，直径为200mm。窗口都是装上玻璃。 在舱体上的窗口四周预留了10mm的边界， 即玻璃尺寸为420mm×320mm，眼角半径 为30mm。玻璃从外面装上，然后在四周加 上密封垫。而门上的窗口则是运用螺栓固 定密封在门上。如下图：
质心的质量惯性矩: Ixx: 8.69264e+06 Ixy: -9.82958e+03 Iyy: 1.76054e+07 Ixz: -3.09885e+02 Iyz: 7.96417e+03 Izz: 1.76136e+07 相对于 COM 的主 MMOI 和主轴: （Pa） 最大主应力 中间主应力 最小主应力 1.76184e+07 1.76005e+07 8.69263e+06 WCS X: -6.03505e-04 -9.23672e-04 9.99999e-01 WCS Y: 5.21108e-01 8.53490e-01 1.10284e-03 WCS Z: 8.53490e-01 -5.21109e-01 3.37522e-05
门上的窗
舱体上的窗
门与舱体之间通过铰接，铰接实现门的开关作用。 铰链焊接在舱体与门上。铰接用销钉相连，如下 图所示：
在设计过程中考虑到舱体内部没有贵重 物品，没有必要安装防盗系统，加上成本 问题，所以设计了普通不用钥匙的锁。门 锁包含把手，弹簧，固定挡片，凸轮，锁 芯，拉手，滑动片，外壳等零件。
有限元分析结果中，最大主应力1.76191e+07 Pa≈17MPa，与舱体材料45#钢相比，小于σs， 合乎材料要求。
在这低压舱的设计中，主要用到的管路元 件有孔板流量计，压力传感器，电磁阀， 电动调节阀，截止阀，消音器，缓冲罐， 真空泵，水泵。具体选型如下：
消音器连在靠近舱体一端；之后连接的是 缓冲罐，缓冲罐可以减小真空泵抽气带来 的压力波动；之后连接的是真空止回阀； 之后连接的是真空泵，真空泵抽取舱体的 气体拍到室外。真空泵靠的是变频控制器 抽气速率，其会产生大量的热量，所以在 真空泵上接上了一个水泵对真空泵进行冷 却降温。
低压舱舱体是一个密封低压舱，它由进气 系统进气，抽气系统抽气，造成舱内压力 减小，达到低压效果。抽气设备主要是真 空泵，它由变频器控制抽气速率。不管是 进气系统，抽气系统都是由控制台控制， 它控制进气速率与真空泵的频率来改变抽 气速率，使舱内的压力达到我们我希望达 到的值。
进气系统有孔板流量计，电磁阀，电动调节阀，截止阀 和消音器五种设备。孔板流量计接在新空气端，它测量进 气速率，消音器接在靠近舱体端，为了太消除空气动力性 噪声的设备。在孔板流量计与消音器之间是由电磁阀，电 动调节阀与截止阀串联后与截止阀并联所组成。
节流件名称：法兰取压标准孔板 适用管道（DN mm）：50-1000 适用直径比B（d/D）0.2-0.75 应用特点：易于清除污物，适用于各种介质 型号：ISO5167GB/T2624－93 材料：铸钢 厂家：北京宣雷自动 化设备有限公司
型号：ZCA-1P 温度：≤90 º 通径（DN mm）：6-100 功率：15W 材料：不锈钢 厂家：上海金刚自 控阀门有限公司
舱体设计要求： 要求用高压风机进行抽气，通过变频器控制高压风机的抽气速 率来平衡高 度，新风端采用电动调节阀自动进行新风补给。 （1）舱内有效尺寸：4m（长）×2m（宽）×2m（高），舱内 容积：16m3； （2）设计高度：5500米（海拔） （3）工作高度：4500米（海拔） （4）上升、下降速率：1～30m/s可调 （5）舱室通风量：≥120m3/h（标准状态下） （6）上升速率控制精度：≯±1m （7）下降速率控制精度：≯±1m （8）高度控制精度：±30m
型号：PAA-23/25： 量程：0～110kPa 精度：±0.2％ FSO （可选±0.1％ 输出：4 ～ 20mA , 0 ～ 10V 供电：24VDC 频率响应：1kHz(可选5kHz) 工作温度范围：-40～100℃ 补偿（精度）温度范围： -10～80℃
考虑到成本问题，选用常用的45#钢材作为 舱体机构材料。 查《机械设计手册》得45#钢参数如下： 标准号：GB699—88，密度7.85g/cm3,弹性 模量210GPa,泊松比0.3，σb=600mpa， σs=355MPa。
由于舱体要求，受力为四周受力，设计成长方体。所以， 舱体面相当于周界铰接。查《机械设计手册· 平板受力》结 果如下：
规格型号：2BE1- 102-0 类型：变频控制 50-1000 Hz 速率：1-50 m3 参考管径（mm) ：80 材料：叶轮（球墨铸铁）， 泵盖（铸铁），泵体（碳钢）， 圆盘（铸铁），待检泵头（普通） 厂家：山东伯仲真空设备股份有限公司
型号：L3D-50-0040-100 最大扬程：40 m 排水量：4 T/h 功率KW/h：2.2 厂家：永坚精机有限公司
相对于 WCS 原点的主 MMOI 和主轴: （单位：Pa） 最大主应力 中间主应力 最小主应力 1.76191e+07 1.76007e+07 8.69343e+06 WCS X: -5.93655e-04 -9.47174e-04 9.99999e-01 WCS Y: 5.06277e-01 8.62370e-01 1.11737e-03 WCS Z: 8.62370e-01 -5.06278e-01 3.24168e-05 相对于 WCS 原点的质心位置: (-1.69679e+00, -1.05089e+01, 9.57029e-01)
型号：ZDLP-3810L 通径（DN mm）：40,50,65，80，100 电压：AC220V 材料：铸钢 厂家：上海金刚自控 阀门径：15～400MM 压力：2.5～4.0Mpa 温度：常温 材料：碳钢
QQ:674415300
低压舱是通过调节抽气量与进气量的比例 来实施上升与下降的。上升时抽气量大于 进气量，停留时抽气量等于进气量，下降 时抽气量小于进气量。原则是在模拟不同 低气压条件的同时，保证舱内充分的通气 量。 经过了200多年的发展，各种低压舱应运而 生。它由舱体、抽气系统、控制系统、供 氧系统、连接管道、照明及通讯等组成。 如下图所示：
型号：WG18-1200-5 公称容积：3 m3 公称直径：1200 mm 接口：80mm 压力：0.1-1 Mpa 材料：铸钢 厂家：江苏民生高压 容器制造有限公司
规格型号：KAD-205/1.61-15 压力（Mpa）：低压 0.5-2.5 温度（℃）：≤ 400 排量：（t/h）15 参考管径（mm) ：89 厂家：华银电力辅机 有限公司
FSO）
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