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潜水面罩的相关介绍及背景

作者: 时间:2019-02-191793 次浏览

信息摘要:

   给水度是描述潜水面罩运动的重要参数,在经典地下水动力学中,它作为一个常数被包含于Boussinesq方程。然而,大量的研究表明,给水度并非常数。 boulton2较早的考虑到潜水面上非饱和带释水的滞后效应,因此不能直接用 Boussinesq方程求解潜水面运动。他建立了一个指数经验公式描述这种滞后效应,从而改写了潜水面运动方程。张蔚榛等认为给水度可以包含完全给水度、瞬时给水度和平均给水度等几种概念,并通过土壤释水过程的数值模拟研究了这一问题。裴源生和蔡美娟对砂土的研究表明 Boulton指数关系只适用于某些条件。雷志栋等提出完全给水度随埋深变化的计算公式,同时指出给水度还受人渗、蒸发条件的影响。张蔚榛等以及张家发把数值模拟和室内试验结合起来研究了瞬时给水度的变化特征,指出给水度同时受到水位降速潜水面初始埋深的影响,且完全给水度也是地下水埋深的函数,并非定值。李佩成提出黄土给水度随时间变化的双曲线公式。刘廷玺等分析认为给水度的变化与初始时刻的状态有关。

   现有的理论和试验研究已经证明给水度是可变的,并受多种因素的影响。然而,已有的分析多为通过建立一维土壤水模型,从潜水面的已知运动结果推求给水度的变化特征除 boulton模型用于解释抽水试验外,反过来用可变给水度分析和预测潜水面运动特征的例子较少。为了在地下水模型中考虑给水度的可变性,须对 Boussinesq方程进行修正,即建立可变给水度的潜水面运动方程。 Parlange等!曾用等效毛细管模型修正了 Boussinesq方程,这种修正方程被用来分析滨海含水层的一些特性2,但并不足以反映全部包气带水分运动对给水度变化的贡献。本文建立可变给水度潜水面运动方程的通式,并通过引人简化的或经验的给水度变化模式,推导出具体的潜水面运动方程,用于改进经典的 poussin-方程结论.

潜水面罩1.jpg

   本文提出了可变给水度潜水面运动方程的一种通式,使给水度的变化间接通过包气带吸力的变化特征来表现。考虑简化的和经验的给水度变化模式,分别导出了基于完全给水度和基于 Boulton滞后理论的潜水面运动方程。使用 Hydrus2D程序模拟砂料的渗流槽试验,对可变给水度的潜水面方程进行了检验,表明基于完全给水度的方程与经典 boussinesq方程相比误差显著减小,而基于 boulton滞后理论的万方数据方程结果与a因子的取值有关,而且不一定能得到比前者更接近 计算值的结果。

   当潜水面罩埋深发生大幅度变化时,给水度的可变性能够影响潜水面的运动特征,此时使用经典Boussinesq方程进行分析是不恰当的,而考虑给水度随潜水面埋深变化的改进方程将更加有效。如果潜水面升降速率较快,包气带水重分布的滞后性可能有明显作用,还需要考虑给水度随时间的变化。然而,正如本文算例所揭示的那样, Boulton滞后假说不一定能够反映实际的滞后特征。有关 Boulton滞后采用各种手段进行空气过滤,为在受到污染的环境中劳作的人们提供清洁的、可呼吸的空气已经有将近2000年的历史了。在好几个世纪里,人们用多层布住嘴和鼻子,来防止吸入灰尘。1854年,木炭作为一种气体吸附剂开始在医院里使用,而利用木炭来净化水已有好几个世纪了。1871年,奥利弗( Oliver)用麻丝制作了过滤器;大约在同一时间里,玻璃棉也用在过滤器上。1905年,埃斯玛奇(Es-mrch)进行了过滤面具对于雾状悬浮体中的细菌的过滤效果的实验。过滤面具是在19世纪专为消防人员发明的。1868年, 物理学家丁德尔( Tyndall)与英国消防人员合作,研制出一种用于过滤空气中微粒的过滤面具,它有三层填充密实的棉毛,每两层之间由石灰、木炭和浸泡了甘油的羊毛层隔开。

   当出现光气后又使用了浸乌洛托品的防毒口罩。这些浸有化学药剂的防毒口罩都称为湿面罩。这种作为应急防护器材的湿面罩,依靠浸在口罩上的化学药剂与毒剂反应原理,在短时间内提供了有效的防护以后,由于有了新的毒剂——氯化苦,浸有化学药剂的防毒口罩对它不能有效防护,各国纷纷采用装填有活性炭的特制滤毒罐来吸除毒剂,滤毒醣挂在使用者的胸前,用波纹状的导气管连接到可遮蔽人员脸面部的、采用橡胶或皮革制成的面罩上。这就是最初型式的防毒面具,如图2、图3所示。1915年秋,德军研制并配发了这种带有滤毒罐的防毒面具。英国根据缴获的德国面具进行了研究,于1916年生产了笨重的“大箱”( Large Box)防毒面具,滤毒罐内装有炭粒、碱石灰以及作为消毒剂(中和剂)的高锰酸钾。用一根橡皮管把滤毒罐连接到面罩上,面罩仅盖住下颚、嘴和鼻子,面罩有一个鼻夹以防止用鼻子呼吸,面罩内还有一个口罩,是用嘴通过滤毒罐呼吸。到了1916年8月,一种改进的轻便型“小箱"( Small Rox)防毒面具代替了这种大箱防毒面具。采用活性炭来吸除毒剂、使防护的技术超出了化学反应的范畴,使得面具的防毒机理由化学反应发展为物理吸附,是防护技术上的一个重大进展。当时由于还没有发明吸气活门和呼气活门,无法将吸气流和呼气流分开,致使使用面具时吸气流和呼气流均通过滤毒罐,形成了较大的有害空间,并使吸着剂很快吸湿而失效。为此,各国又对面罩进行了改进,设计出带有吸气活门和呼气活门的防毒面具。这种面具在使用时,呼气流不再通过滤毒罐而直接排入大气中。


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