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Hi,

für ein Uni Projekt müssen wir eine Maske entwerfen welche (trotz offener Bauform) annähernd 100 % Luft in die Atemwege des Nutzers befördert.
Die Maske wird mittels eines Gebläses aktiv durchflutet. Unsere Fragestellung ist, wie hoch muss der Volumenstrom sein (und welche Form muss die Maske haben) damit immer annähernd 100 % vom Gebläse geförderte Luft im Maskenkörper ist?

Die menschliche Atmung sollte hierbei mit in Betracht gezogen werden. Bei hoher Atemfrequenz sowie tiefem Einatmen sollte keine Luft durch die Ausatemöffnungen (oder andere Undichtigkeit) in den Maskenkörper gelangen. Der Gebrauch von Ventilen sollte vermieden werden. Desweiteren sollte das Wiedereinatmen ausgeatmeter Luft vermieden werden.

Momentan weiß nicht so richtig wie ich das simulieren soll. Für das "CO2 rebreathing" würde ich mir die Massenanteile anschauen und versuchen Ansammelungen ausgeatmeter Luft zu vermeiden.
Für das andere Problem weiß ich leider keine Lösung. Wie kann ich den durch die Ausatemöffungen eintretenden Volumenstrom von Luft simulieren? Sollte ich eine externe Analyse machen um die Umgebungsluft mit zu simulieren?

Ich wäre sehr danke für jede Antwort.

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Hallo Zomb, dafür gibt es von SolidWorks das Programm Flow Simulation.

Da sind auch Übungen entahlten. 

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Klaus

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Erstmal vielen Dank für die Antwort.
Ich weiss natürlich von der Existenz von SW Flow Simulation (nicht umsonst habe ich meine Frage im Simulationsforum gepostet). Leider kenne ich mich momentan noch nicht besonders gut mit der Materie aus und da wollte ich mir ein wenig Unterstützung holen. Falls du bestimmte Tutorials kennst die mir bei meinem Problem weiterhelfen können immer her damit.

Eine erste spezifische Frage bezüglich eines zeitabhängigen Volumenstromes hätte ich schon:
Wenn ich den Volumenstrom in Form einer Formel darstelle, sehe ich keine Möglichkeit die Einheit zu spezifizieren. Werden automatisch m^3/sek gewählt?

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Hallo, kenne Flow Simulation nicht so gut.

Aber bei thermischen Rechnungen wird fast immer die Längeneinheit Meter verwendet.
Sonst mußt du alle Werte umrechnen. Das ist ein ziemlicher Aufwand.
Bei Flow Simulation geht es oft um Gase und da ist die Temperatur auch wichtig.

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Klaus

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>>für ein Uni Projekt müssen wir eine Maske entwerfen welche (trotz offener Bauform) annähernd 100 % Luft in die Atemwege des Nutzers befördert.

Ich verstehe die Aufgabenstellung nicht so recht.
Das fängt schon damit an, das eine Maske nichts "befördern" kann.
Und wie willst Du "nicht dicht" verstehen?
Porosität oder mangelnder Formschluss?

>>Der Gebrauch von Ventilen sollte vermieden werden. Desweiteren sollte das Wiedereinatmen ausgeatmeter Luft vermieden werden.

Diese beiden Forderungen scheinen mir im Widerspruch zu einander zu stehen.

>>Unsere Fragestellung ist, wie hoch muss der Volumenstrom sein (und welche Form muss die Maske haben) damit immer annähernd 100 % vom Gebläse geförderte Luft im Maskenkörper ist?

Annähernd unendlich.
Wenn Du keine konkreten Vorgaben machst, kannst Du Deinen Entwurf wohl kaum optimieren.
Wie soll denn die ausgeatmete Luft entweichen, wenn nicht durch die Maske?

Mein Vorschlag: Bevor Du über Strömungssimulation diskutierst, präzisiere erst einmal die Anforderungen und beschreibe Dein Realisierungskonzept. Sonst ist jeder Rat wirklich ein Ratespiel.

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Rainer Schulze

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Hallo und danke für die Antwort.

Du hast recht, vielleicht habe ich das Ganze etwas zu vage beschrieben.

http://www.besmed.com/uploads/pro_1731.jpg

Das Bild zeigt eine Sauerstoffmaske. Das sogenannte "Face Tent" erlaubt dem Benutzer etwa 50% des gelieferten Sauerstoffs einzuatmen. In der Regel arbeitet man hier MAXIMAL mit 15 l/min (purer Sauerstoff).

Wir wollen nun eine ähnliche, offere Maske entwerfen welche dem Benutzer erlaubt mindestens 95 % (in unserem Falle gefilterte Luft) einzuatmen. Das finale Design kann allerdings in soweit abweichen, das die Öffnung angepasst (aber niemals durch Ventile ersetzt) werden kann.

Wir können rein theoretisch 150 l/min Luft in den Maskenkörper befördern.

Die Simulation soll uns dabei helfen:

1. Die allgemeine Machbarkeit bei idealen Bedingungen zu bestätigen. (hoher Druck + Volumenstrom)
2. Falls möglich, herauszufinden in wie weit wir den Volumenstrom reduzieren können um nach wie vor min 95% bereitzustellen.
3. Die Maske so zu gestalten, dass der Benutzer bei abgeschaltetem Gebläse uneingeschränkt atmen kann.

Ich hoffe das hilft jetzt etwas weiter (falls nein, weiter fragen bitte). Ich weiss das wir noch zu wenig wissen um mit einer Simulation all unsere Fragen zu beantworten aber vielleicht können wir uns ja nach und nach an eine Lösung annähern.

Ich gebe zu "Dichtheit einer Maske" ist wohl nicht der beste Titel, aber da ich keine spezifische Frage habe sondern eher Hilfe in Form von Tipps erfrage wusste ich nicht wie ich es sonst nennen soll.

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>>Hilfe in Form von Tipps

Deine Beschreibung bezieht sich ausschließlich auf die Funktion der Maske. Das hat zunächst nichts mit SWX und FEM zu tun und gehört eigentlich nicht in dieses Forum. Ich bin mal gespannt, wie entgegenkommend die anderen Helfer sind...
Die Beschreibung des Modells ist natürlich wichtig für das Verständnis Deines Simulationsproblems. Aber Hilfe zu SWX Simulation wirst Du wohl eher erhalten, wenn Du KONKRETE FRAGEN zum Umgang mit dem Programm stellst.

>>...um nach wie vor min 95% bereitzustellen.

Schon wieder eine unpräzise Aussage, die der Interpretation bedarf.
Man kann das so deuten als sollten sich im zeitlichen Mittel eines Atemzyklus 95% zugeführte Luft in der Maske befinden. Eine völlig andere Deutung lautet: Unmittelbar nach dem Übergang vom Ausatmen zum Einatmen soll der Benutzer mindestens 95% Frischluft einatmen. Und da ich recht pingelig bin: Soll ausschließlich das Atmen durch die Nase betrachtet werden oder auch das Atmen durch den Mund?

Zur Simulation:
Angesichts unklarer Startbedingungen hinsichtlich der Vermischung zweier Gase (Frischluft und ausgeatmete Luft) denkt man im ersten Augenblick an die zeitliche Untersuchung mehrerer Atemzyklen bis sich ein quasi stationärer Zustand eingestellt hat. Dabei unterschiedliche Formen der Maske und unterschiedliche Massenströme zu berücksichtigen bedeutet eine sehr hohe Rechenzeit.
Daher sind zumindest für die ersten Simulationen plausible Vereinfachungen ratsam, die es erlauben, nur EINEN Atemzyklus zu simulieren.
So würde ich auch zumindest anfangs den Einfluss unterschiedlicher Temperaturen und Feuchte von Frischluft (Raumtemperatur) und Atemluft (Körpertemperatur) vernachlässigen.
Und da ich die Fähigkeiten der SWX FEM nicht kenne, frage ich mich, ob dieses Programm überhaupt in der Lage ist, eine Vermischung von unterschiedlichen Medien zu bewältigen.

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Rainer Schulze

>>Wie kann ich den durch die Ausatemöffungen eintretenden Volumenstrom von Luft simulieren?

Vermutlich wirst Du die Simulation in mehrere zeitlich auf einander folgende Abschnitte aufteilen. Für jeden Abschnitt sind dann die Randbedingungen passend zu definieren. Oder das Programm muss zeitlich variable Randbedingungen (Druck an den Nasenöffnungen) erlauben.

>>Sollte ich eine externe Analyse machen um die Umgebungsluft mit zu simulieren?

Ich weiß ja nicht, was "eine externe Analyse" sein soll, aber welchen Einfluss könnte denn die Umgebungsluft haben?

[Diese Nachricht wurde von Rainer Schulze am 13. Mrz. 2016 editiert.]

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Noch einmal danke.

Aber....
Natürlich war ich nicht 100% präzise. Dieses Spiel kann man ewig spielen und am ende fragst du mich danach auf welchem Höhenmeter die Maske benutzt wird und wie die genaue Zusammensetzung der Luft ist. Zumal habe ich in meinem ersten Post erwähnt das die verschiedene Atemmuster berücksichtigt werden.
Zweitens. Wenn du mir sowieso nicht mit Solidworks weiterhelfen kannst, warum antwortest du dann denn überhaupt auf einen Post im SW Simulation Forum? Am Ende verschwendest nicht nur du deine Zeit indem du mir antwortest, sondern auch ich indem ich deine Antworten lese und darauf reagiere. Und ich glaube an einem Sonntag haben wir beide besseres zu tun.

Interessant wäre für mich gewesen ob eine solche Simulation mit SW überhaupt möglich ist und wie ich die Umgebungsluft mit in die Simulation einbinde (Intern/extern? Randbedingungen?). Natürlich werde ich das System am Anfang stark vereinfachen.

Am besten lassen wir das hin und her hier und ich wende mich mit meinen Fragen an ein anderes Forum.

[Diese Nachricht wurde von Zomb23 am 13. Mrz. 2016 editiert.]

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>>Am besten lassen wir das hin und her hier und ich wende mich mit meinen Fragen an ein anderes Forum.

Nun mal nicht so ungeduldig!

>>Wenn du mir sowieso nicht mit Solidworks weiterhelfen kannst, warum antwortest du dann denn überhaupt auf einen Post im SW Simulation Forum?

Dein erstes Posting gab weder Aufschluss, welche Kenntnisse man von Dir erwarten kann noch wo genau Dich der Schuh drückt. Wenn am Montag die "Insider" wieder vom Arbeitsplatz aus hier ins Forum schauen, wird wohl kaum jemand die Geduld haben, mit Dir ein Ratespiel zu betreiben. Also verstehe meine Nerverei doch einfach mal als "Erste Hilfe" damit die Wissensträger Dir überhaupt wirkungsvoll helfen KÖNNEN.

>>Und ich glaube an einem Sonntag haben wir beide besseres zu tun.

Obwohl ich kurz vor dem Ruhestand stehe, widme ich noch immer ein Wochenende im Monat meiner Weiterbildung. Für dieses Wochenende habe ich mir einige Übungen in ANSYS FEM vorgenommen. Da das aber auch einen "alten Hasen" anstrengen kann, ist ein gelegentlicher Blick ins Forum gleichermaßen eine willkommene Abwechslung und auch ein Stück Weiterbildung.

Und noch zwei Hinweise:
http://hilfe.cad.de/index.php?option=com_content&task=view&id=29&Itemid=57
http://hilfe.cad.de/index.php?option=com_content&task=view&id=30&Itemid=59

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Rainer Schulze

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" ... frage ich mich, ob dieses Programm überhaupt in der Lage ist, eine Vermischung von unterschiedlichen Medien zu bewältigen. "

Hallo Rainer, es geht um SolidWorks FlowSimulation das ist ein Teil von SWX Simulation.
Das soll solche Berechnunen können. 
Das ist heir schon das richtige Brett dafür.

Bitte Bilder hier direkt einstellen und nicht über externe Links.

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Klaus

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