吸气方法

吸气方法（共7篇）

吸气方法 篇1

呼吸是人类生存的本能, 在歌唱艺术中, 呼吸是基础中的基础, 是发声的动力源泉。人类的这种本能, 从本质上来讲, 在唱歌和在说话时是完全一样的, 运用上却存在很大差异。说话的气息运动是单方向的, 吸就是吸, 呼就是呼, 用什么方法呼吸, 如何用气, 没人去考虑这些问题, 所以呼吸是自然的随意的。而歌唱呼吸的目的, 则是为了歌唱时的气息更饱满﹑更有威力﹑更舒畅, 因而更富有表现力, 这是歌唱呼吸不同于生活呼吸之根本所在。声乐界有位前辈说过:“呼吸做好了, 歌唱的问题就解决了一大半。”可见, 吸气方法及运用在歌唱中占有极为重要的地位。

呼吸在歌唱中非常重要, 是不是吸气越多越好呢?答案是否定的, 气吸的过多、过猛, 会使胸部紧张、憋气、肌肉僵硬, 造成气息不通畅, 声音紧, 高音不容易唱上去等问题。那么歌唱时要吸多少气呢?这个问题无法用准确的数字来回答, 因人而异, 但要掌握原则, 吸气时身体放松, 腰围很舒展地向外松开, 气息自然地吸入, 吸完气后感觉不憋气、无压迫感、气息通畅为宜。

中外的声乐前辈, 当今的歌坛名家, 对呼吸都极为重视, 并有许多精辟的见解, 比如:“吸气要深”“气沉丹田”“吸气如闻花”, 也有人说:“唱在气上, 而不是用气去唱;气息是经过喉咙发声, 而不是在喉咙里发声;声音坐在气上, 而不是坐在声带上”等等。无疑, 各种提法, 各有道理, 都来自实践的总结, 都值得学习与研究。下面就谈一谈几种常见的吸气方法和在歌唱中的运用。

1. 闻花香吸气法

这种吸气方法是利用了人们生活中闻花香时吸气的过程, 把它运用到歌唱吸气中的一种方法。它的特点是:吸得深、声音小、容易体会和掌握。具体做法是:身体放松, 象闻花香一样把气息慢慢吸入, 先是腰围后使胸部, 有一种舒张感, 这个过程非常自然。这种吸气方法对表现速度较慢、较抒情的声乐作品效果非常明显。闻花式吸气可开口也可闭口, 歌唱时最好是用嘴与鼻子同时吸气, 这样可以增加吸气的速度。学习这种吸气方法最关键的是要体会气息流入体内时的感觉, 不要太教条, 才能学得更深、更透。

2. 叹气吸气法

呼吸、呼吸, 先呼后吸, 主动是呼被动是吸。只有呼的彻底才能吸得舒服, 呼气也就是我要说的叹气。叹气在生活中随处可见, 叹气是放松的向下的, 有利于吸气的进行。具体的做法是:尽情地把气息叹出去, 越痛快越好, 然后再充分地吸气。在作用力和反作用力的推动下, 这种吸气会变得非常自然、适度、放松, 无需考虑, 很轻松地解决了吸气时紧张的问题。但要注意的是叹到哪里就吸到哪里, 而不要人为的添加强制性动作, 演唱的过程中还要始终保持这种叹气的状态。

决定了他们的风格形式多样。王琦的粉彩人物雄奇大方, 而王大凡的则古雅隽美。这一时期的瓷画作品其艺术性与商业价值都得到了后人的认可, 对当代陶瓷绘画创作者产生了很大的影响, 我们应该更进一步地对粉彩人物画作出研究与创新, 使得这一艺术形式不断的延续下去, 并再一次发出闪耀的光芒。在当代粉彩人物画上, 如图 (1) 粉彩仕女人物画, 作者以其现代构图方式与传统题材展现在人们的视野之中, 它继承了传统粉彩的精华, 吸收了浅绛彩瓷与文人画的审美情趣, 提升了陶瓷绘画艺术魅力。

结语

中国的粉彩瓷一直被誉为是“国之瑰宝”, 是陶瓷文化的杰

3. 惊讶吸气法

人们在生产生活中常会遇到突发事件或受到惊吓, 就会猛吸一口气。惊讶吸气法就是利用人的这一生理反映, 达到快速吸气的目的, 它是一种既吸得快又吸得深的吸气方法, 这种方法可以锻炼呼吸器官的灵活性, 达到呼吸肌群的快速搜索与放松, 对表现节奏较快、情绪昂激的声乐作品起到非常积极的作用。

以上谈了三种常见的吸气方法, 这三种吸气方法说起来非常容易, 但要真正理解掌握, 并灵活运用到歌唱中非常困难。需要我们长期的科学的练习, 一方面可以通过做一些单纯性的训练;另一方面就是在演唱中去练习, 因为呼吸是为歌唱服务的, 只有和歌唱结合起来, 才能真正理解呼吸的意义, 获得满意的歌唱效果。

我们在实践中也会遇到这样一些问题, 歌唱中经常气短不够用, 而且越唱越紧越吃力。这与气息的运用和保持有关, 那么应该如何保持和运用吸入的气息呢?

1.要保持吸气的状态

歌唱中的呼吸和生活中的呼吸有很大差别, 歌唱中的呼吸是双向对抗的气息运动, 即歌唱中向上、向外呼气的同时, 还要有保持向下吸气的状态。用气时要尽量利用这种对抗力, 他不仅可以保持这种气息的深度, 还能使歌唱时气息均匀、流畅、持久。保持吸气状态只是一种感觉, 其实谁也不能在唱的过程中还能吸进气来, 但是就用这种感觉便可以达到保持气息稳定的目的。使整个吸气时各器官组成的框架和状态不会被破坏, 对下一次的吸气起到至关重要的作用, 如何找到这种感觉呢?我们可以做一个练习, 将气吸进去, 立即做出腰围绷紧的状态, 再发出“嘶”的长音, “嘶”声有多长, 腰紧绷状态保持多长。练习后如果自己的后腰和腹部有酸痛的感觉, 说明你找到了呼气时对抗的正确感觉。

2.保持叹气的状态

歌唱中容易出现的气息不够用和憋气僵硬现象, 这是因为歌唱者过于紧张, 担心气息不够用, 过分控制气息, 呼吸肌群不灵活, 解决这一问题最好的办法就是放松和叹气, 放松解决僵硬, 而叹气是保持吸气的感觉, 叹的越彻底吸得就越舒服, 二氧化碳不呼出则氧气吸不进来, 越唱胸部越憋闷, 头昏缺氧, 歌唱中的叹气状态是和保持吸气状态同时存在的, 缺一不可。感觉腰腹部膨胀而不僵, 胸部扩张而不闷, 保持气息的状态就是正确的。

呼吸不仅为歌唱提供动力, 而且也是表达情感的一种技巧。歌唱中要结合声乐作品综合运用吸气方法, 要注意方法运用的灵活性, 不要急于求成, 以平静的心态对待枯燥的训练。只有保持良好的心理状态, 才能使呼吸训练不生硬, 才有可能灵活运用到歌唱中去, 使我们的歌声变得更加美妙。

出代表, 人物画题材作为陶瓷绘画的重要组成部分, 是时代背景不断变化下的历史与文化的反映。民国时期的粉彩瓷是一种对传统的打破, 也是另一种艺术形式的崛起。它对当代粉彩瓷创新发展起到了很好的示范作用, 展现了只有创新, 艺术才有生命。

参考文献:

[1]郑年胜, 刘杨.景德镇陶瓷艺术精品鉴赏 (粉彩) .上海:上海书画出版社.2002年.

[2]张学文.“珠山八友”的形成及其结社性质.珠山八友 (上下卷) .南昌.江西美术出版社.2004年.

歌唱吸气与呼气的机理分析 篇2

关键词：歌唱发声,吸气,呼气

歌唱呼吸是声乐艺术中的基本问题之一, 不论中外, 一向都被放在重要地位。我国传统和西欧声乐教学理论中, 分别有“外练筋骨皮, 内练一口气”及“谁懂得如何呼吸、吐字, 谁就懂得歌唱” (帕契埃罗蒂) , “歌唱不过是气息的出出进进” (马尔凯西) 的说法。因此, 对于歌唱呼吸的生理特点, 我们必须有清楚的认识和了解。歌唱发声与人身的呼吸器官、振动器官和共鸣器官有直接的关系。在歌唱发声活动中, 这三部分器官全部受到人的中枢神经, 特别是其中高级部分大脑皮质的控管和支配, 这是一个极其复杂的运动过程, 也是这些器官之所以能协同作用发出美妙声音的原因。

一、人类呼吸系统的器官与功能

1. 鼻腔

鼻腔属于人的上呼吸道部分, 它是空气进入人体的门户, 鼻腔对外来的空气有过滤、除尘、加温、加湿的功能。

2. 咽腔

咽腔位于鼻腔的后下部, 也是口腔的后部, 对于呼吸, 它起着通道的作用。作为共鸣器官, 它对嗓音音质有着重大的影响。

3. 气管

气管是一根长而圆形的管子, 由16-20个一节一节的软骨环和一些肌肉、筋膜构成。它的上端与环状软骨的下部相连, 也可以说它就起于环状软骨的下方, 下端分叉形成左右两支气管。支气管再下去又反复分支, 并分别伸入肺组织中, 最后的末梢称为细支气管, 它转为肺泡的入口, 入口的周边有许多肺泡围绕着, 是构成肺的组织。气管对于呼吸的功能主要是空气经过的通道。

4. 肺

肺是由软组织构成的像海绵似的东西, 分左右两侧, 左侧的肺有两叶, 右侧的肺有三叶。肺里面有许多小空泡叫肺泡 (在气管一段已述及) , 肺泡是肺的结构单位, 有人估计, 人肺的肺泡总共约有7亿5千万到15亿个。气体的交换就是在它们里面进行的。如果把肺泡的凹处全部展平连接起来, 它们的总面积约有70平方米到140平方米, 因而就保证了气体在肺中顺利、充分地交换。

肺的顶部称肺尖, 肺的下部称肺底。肺底向内凹进, 膈就位于它的下面。肺的作用有点像风笛的气囊、手风琴的风箱, 空气进入时扩张, 压缩其扩张状态时空气被呼出。此外, 肺还是供给全身氧气、排除二氧化碳到体外的枢纽。

5. 胸廓

胸廓是我们身体胸部的轮廓, 其内腔叫胸腔, 肺即位于其内, 胸廓由两侧12对即24根肋骨加上胸骨和脊柱的胸椎段构成。肋骨近似半圆, 上面的7条连到胸骨上;自上而下的第8、9、10条不直接延及胸骨, 称“假肋”或“腹肋”;第11、12条完全不能延及到胸骨, 故称“浮肋”。胸廓的外形像个鸟笼状的圆筒, 上口较小下口较大。它的作用是保护肺和帮助肺活动。胸廓的扩大和缩小, 使肺随之扩张和压缩, 呼吸动作随之发生。胸廓本身不能活动, 它的扩大与缩小, 须由呼吸肌肉的收缩来实现。

6. 呼吸肌

呼吸肌是呼吸功能的动力, 依照呼吸发生的动作, 分为呼气肌群和吸气肌群, 每一肌群中, 有多条肌肉共同作用。

(1) 呼气肌群

依所在部位不同, 可分为胸部呼吸肌群和腹部呼吸肌群。

胸部呼吸肌群位于胸部, 也就是在胸廓的周围。胸部呼吸肌群有下后锯肌、内肋间肌、肋骨下肌、胸横肌;腹部呼吸肌群则有腹直肌和腹斜肌。

呼气肌群的作用:胸部呼气肌群收缩时, 把肋骨向下牵引, 使胸廓变小。腹部呼气肌群收缩时, 使腹腔压缩, 增加腹压, 从而压迫肺脏, 使肺内空气向外呼出。

(2) 吸气肌群

吸气肌群包括:胸锁乳突肌、前斜角肌、后斜角肌、斜方肌、胸小肌、前锯肌、胸大肌、上后锯肌、提肋肌。它们当中大部分位于胸部, 也有几条肌肉是位于颈部的。

吸气肌群的作用:当它们共同收缩时, 肋骨上提, 胸廓扩大, 肺脏扩张, 外面空气随之被吸入肺内。

7. 膈肌

是一块圆形的肌肉板, 横长在胸廓的下面。由于它的存在, 人类的体腔才分为胸腔与腹腔两个部分。膈肌能够上下运动。向上运动时, 可使腹腔扩大, 胸腔缩小, 帮助呼气 (此时膈肌是松驰的) ;向下运动时, 则可以扩大胸腔, 缩小腹腔, 帮助吸气 (此时膈肌是收缩的) 。在歌唱发声中膈肌起着控制气息的作用。

在发声过程中, 肺是怎样工作的呢?在这过程中, 肺好像是一个风箱, 它的一张一缩造成被推动的空气, 在气管中形成一定的压力冲击声带而发声。但是肺脏本身不能作张缩运动。决定肺脏运动, 要靠胸腔内的压力。而胸腔内的压力的改变, 须由胸廓的活动来决定。而胸廓的活动, 则须依靠呼吸肌肉的收缩才能完成。因此, 呼吸肌才是呼吸发生的动力。

二、歌唱呼吸的特殊性

歌唱时的呼吸动作与安静时、言语时的呼吸动作是有所不同的。

一个人在安静时需要的空气不多, 一般用浅表呼吸就足够供给所需的空气了。而歌唱呼吸由于要在持续气体交换这一生物学的功能外, 还要完成歌唱发声的功能, 这就势必为了要唱出一个一定长度的乐句而延长呼气过程;又为了减少乐句间不必要的停顿而尽可能缩短吸气过程。因此, 歌唱发声的呼吸特点之一是呼气比吸气的时间延长。它与安静时吸气、呼气的时间比值为1:8—1:12。同时吸入的空气量也比安静呼吸或言语呼吸要多, 为了满足歌唱发声所需的空气量 (还要快速地吸和不出声地吸) , 呼吸的径路除了经鼻外有时还需要经口。下面, 具体地谈谈歌唱发声中的吸气与呼气:

对歌唱而言, 呼吸器官可以被视作为一个能够支持声带下方压力的动力系统。这一动力系统与作为振动器的声带相互配合、协调行动形成发声。前面已经指出, 不论是吸气还是呼气, 都是起动于相关的吸气肌群和呼气肌群的。吸气时, 吸气肌群 (大部分位于胸部、少数位于颈部) 协调地共同收缩, 将肋骨 (包括上、中、下肋) 向上提起, 胸廓被牵引而明显扩大, 胸腔内的压力处于负压状态, 肺脏扩张, 外界的空气随之被吸入肺内, 膈肌 (横隔膜) 收缩变平、积极下降, 压迫位于它下方腹腔内的脏器胃肠等, 形成胸腔沿垂直方向的扩大和容积的增加, 使最有利于歌唱的深呼吸得以实现。

歌唱呼气从根本上说是一个与上述歌唱吸气相反的过程。大致说来便是:通过位于腹部、胸部的呼气肌群的协调共同收缩, 把各肋骨向下拉, 造成胸廓稳步变小。膈肌缓慢上升, 肺脏受到压缩, 肺内的空气因肺的受压而呼出。但我们必须明白, 歌唱呼气是为了形成良好的发声服务的, 是歌唱发声的动力源, 它必须均匀、缓慢、稳健、有力、持久 (与之相关联的还要做到用气节省) 。因此, 歌唱呼吸与一般呼吸有很大的不同, 最明显的是当吸气动作完成开始呼气时, 此前所形成的吸气肌群 (包括膈肌) 的收缩不但不能放松, 反而要继续收缩、用力, 以维持胸廓的扩大状态, 并与逐渐进入有控制的全面收缩的呼气肌群形成必要的对抗。在这种对抗的情况 (一般呼吸不会有这种对抗) 下, 实现稳健的于歌唱必不可少的呼气。

因此, 一些有经验的声乐教师总是要求学生“保持吸气状态”来歌唱, 由肋骨作为支架的鸟笼形胸廓 (有人称之为弹性圆筒) 不得松懈;有的教师在要求“保持吸气状态”的同时, 还要求腰部绷紧向外、腹肌用力;有的教师这样告诫学生:“气是被强烈排出的, 但好象仍然保持在身体中。”以上说法有着异曲同工之效。

对在呼气时要保持胸廓的扩张状态, 生理学家、嗓音科学家、医生、声乐教师们的看法是一致或相近的。胸廓瘪塌或半瘪塌了, 合乎要求的歌唱呼吸就无法形成了, 富有艺术感染力并合乎技术规范的歌唱也就无从谈起。

歌唱的呼吸机理是人一般呼吸机理的某种强化和有目的、有意识的操控:在歌唱开始和进行的过程中, 吸气的状态要一直保持, 扩张的胸廓不能塌掉。歌唱发声时, 气息对声带是:务必使气流形成一股升高的压力, 由它冲击声带并使声带进入振动状态。 (还要加上流体力学中的伯努利效应, 本文后面对此将有所阐述) 而从声带方面来说, 则一方面要振动, 另一方面要挡气。如果声门张开了, 振动必将大受影响, 由于漏气所产生的声音便会很空洞, 没有结实明亮的音色, 高音也唱不上去。但是声带的闭合也不能过分, 应该是很有弹性的、能满足发声所要求的由两侧向中央呈线状的靠拢, 否则声音会发紧、僵直, 失去轻松自如的特性。

为了说明歌唱发声中的呼吸运动, 我们不妨把人的躯干与注射器做类比, 注射器的用途是通过同一个孔洞把液体或空气吸进和排出, 注射器活塞下移就吸进液体或空气, 回升就排出液体或空气。人的胸腔及腹腔, 同注射器一样也是个筒子, 横隔膜把它分为两部分, 横隔膜上边是胸腔连同肺和心脏, 下边是腹腔连同在内的胃肠肝脾等内脏。空气吸进肺部不只靠肋骨活动引起的胸腔扩大, 还靠横隔膜下沉引起的胸腔加深。横隔膜本身收缩而下降, 把它下边的内脏向下挤, 使胸腔向深度方向扩大, 这样一定容积的空气被吸进胸腔 (肺部) 。可以看到, 横隔膜 (收缩) 下降的时刻与注射器活塞下放时的情况是完全一致的。

三、歌唱呼吸中的“支点”

在声乐教学中, 声乐教师经常提到呼吸支点问题。那么, 什么是呼吸的支点呢?对此虽然还存在着不尽相同的看法, 但大体上已有这样的共识:那就是歌唱呼气时处在收缩中的吸气肌群非但不能放松, 而且要继续用力收缩以使胸廓保持扩大的状态, 只有在这样的前提下, 胸部周围的呼气肌才能联合起腹部的呼气肌, 通过有控制的全面收缩来完成其歌唱呼气的职责。这种“保持” (“保持吸气的状态”) 及“收缩” (有关呼气肌的收缩, 特别是腹肌的收缩) 状态对歌唱发声关系重大, 它们就是声乐术语中的“呼吸支持” (着眼于呼气时所进行控制的整体状态) 或“呼吸支点” (着眼于腹部肌肉下段的着力点) 。

呼吸的支点可通过发声时努力做到在某种程度上不呼气而获得, 每一个歌唱者都必须明白:应该力求在发声时节省用气、不使多余的呼气流出, 做到歌唱时似乎并不在呼气。呼吸的支点应对声带工作起着保护作用并应能减轻声带的工作负担。同时, 声带对呼气所产生的反作用也不可忽视。在具有呼吸支点的条件下, 气息对声带的压力应与声带的反作用力相适应。

当声音处于不论任何高度和力度时, 无论是起音前呼吸屏住时的紧张程度, 或者嗓音发出后的延续过程, 以呼吸支点使屏住的呼吸继续保持下去的程度, 一般应该是稳定不变的。当歌手往高唱或增大音量时, 呼吸支点的紧张状态必须保持不变, 即不应使这种紧张状态强化或削弱;与此同时, 还必须注意声带对气息的反作用的稳定性。

歌唱者可以把双手叉在腰的两侧并在高于下方肋骨的部位来检查呼吸支点是否存在, 发声时胸壁与腹壁应保持吸气的稳定状态, 而不应该显得松弛乏力并迅速塌陷, 如果胸廓急速收缩, 造成扩张的胸腔一下子塌陷, 那么, 呼吸支点也就形成不了、无从谈起了。

四、流体力学中的伯努利效应在歌唱呼气及嗓音形成中的作用

要形成发声, 声门必须闭合以挡气。根据肌张力学说, 声门的闭合是由于有关肌肉使与声带后端相连的左、右两杓状软骨 (又名披裂软骨) 向中间转动而形成的。殊不知歌唱呼气时由于柏努利效应而在管道狭窄处 (即在两声带的边棱间) 形成的快速气流也是造成声带闭合, 或者说是更良好、更恰当的闭合的重要条件。这一发现并不否认肌弹力的作用, 而是以气流产生的吸附作用对之作出了重要的补充。

瑞士科学家伯努利 (Daniel Bernoulli, 1700-1782) 在其《流体动力学》 (1738) 一书中指出:“当流体 (空气、液体等) 流经横截面积有变化的水平管子时, 由于狭窄处流速增加, 结果使得横截面最小处流体经受的压强最低。”人的喉本是呼吸器官的一部分, 长于气管的顶端并与口咽管道相连, 歌唱发音时来自肺部的气管内的气流向着两声带间的声门———横截面的最小处流去。由于管道狭窄, 其流速加快, 其所承受的压力减低, 两声带的边棱自然就并拢并振动, 就像向两张贴近的纸的中间吹气, 它们只会随气流而并得更紧, 不会被吹开一样。

吸气方法 篇3

射流技术在水利水电工程、矿山开采工程、石油钻探工程、化工工程等不同工程领域有着广泛的应用, 其冲击射程对冲击效果的影响较大。连续射流作为一种水下清淤技术, 已在中小型水库和河流清淤方面得到了应用[1,2];李文学等[3,4]对连续射流水下冲刷特性进行了较为系统的室内试验, 得到了能够计算浅水连续射流冲刷效果的经验公式, 同时提出了浅水连续射流喷嘴存在一个使冲刷效果最佳的临界提升高度, 并进行了相应的理论分析;胡寿根等[5]对淹没水射流的冲蚀特性进行了试验研究, 发现淹没水射流喷嘴存在一个最优冲蚀靶距使其冲蚀性能最强;廖华林等[6]对不同围压下的连续射流、空化射流和磨料射流的破岩特性进行了试验研究, 得出这三种射流在不同围压下均存在使破岩效率最高的最佳喷距范围;廖振方等[7]对自激脉冲射流喷嘴和连续射流喷嘴, 在淹没和非淹没条件下的性能与冲蚀性能进行了试验研究, 研究结果表明:在相同条件下, 自激脉冲射流的峰值压力、冲蚀体积和有效靶距分别比连续射流提高了1.7~2.5、1.5~2.0、2~4倍;王建生等[8]就振荡频率对自激脉冲射流在水下穿透特性进行了研究, 研究表明脉冲射流的水下穿透性能明显优于连续射流, 最大打击力增加40%左右, 有效冲蚀靶距增加20%~50%, 冲蚀体积提高了72%;焦磊等[9]对非淹没低压大流量的自激脉冲射流喷嘴和连续射流喷嘴的性能进行了试验研究, 得出自激脉冲射流喷嘴性能优于连续射流喷嘴的性能。上述研究主要是针对连续射流和自激脉冲射流喷嘴冲击和冲蚀性能的研究, 作者提出了一种适用于水库泥沙起动悬浮的自激吸气式脉冲射流喷嘴, 在前期研究的基础上[10], 分析了自激吸气式脉冲射流的冲蚀作用, 对不同围压下 (水深10~40m) 自激吸气脉冲射流喷嘴冲蚀性能与冲击射程的关系进行了研究, 为水库泥沙处理提供技术依据。

1 冲蚀作用分析

图1为自激吸气脉冲射流喷嘴冲蚀时的模拟图。射流冲蚀结构通常分为3个区[11], 如图2所示。

Ⅰ区:自由射流区。本区域内, 自激吸气脉冲液气射流刚开始脱离自激吸气脉冲射流喷嘴, 射入到液体环境中, 与周围介质发生强烈的动量和能量交换。

Ⅱ区:冲击滞止区。在该区域, 射流受到冲蚀材料表层的影响, 射流轴向流动速度迅速减小为零, 此时射流压力达到最大, 射流流线由轴向急剧弯曲成径向, 产生很大的逆压力梯度, 射流流体向平行于冲蚀材料表面的方向流动。

Ⅲ区:壁面射流区。在Ⅱ区压力梯度的驱动下, 射流流体沿冲蚀材料表面向外运动。

试验研究发现, 液气射流对冲蚀材料起作用的区域主要为Ⅱ区和Ⅲ区, 作用形式主要有以下几个方面。

(1) 液气混合射流的打击作用。高速液气混合射流在经历一段淹没水环境的阻碍作用后, 直接作用在冲蚀材料上。由于自激吸气脉冲液气射流能够产生能量的瞬时放大作用, 作用在单位面积上的射流冲击压力瞬时放大, 产生较大的压应力, 当产生的压应力超过材料黏性力的临界值时, 表层发生脱离。

(2) 液气混合射流中空气泡的破坏作用。自激吸气脉冲射流流体中裹挟的空气微团在临近材料表面时, 在流体累积扰动的影响下, 导致空气泡因内外压差而破裂, 破裂过程产生瞬时冲击波, 对试样表面造成一定破坏, 空气泡破裂之后, 原本空气泡周围的液体迅速向原空气微团所占据的空间补充, 对冲蚀材料表面形成二次破坏。

(3) 液气混合射流的水楔作用。冲蚀材料颗粒之间有极小的缝隙, 液气混合流楔入这些缝隙之后, 会逐渐削弱冲蚀材料颗粒之间的黏性力, 加速颗粒的剥落。

在上述几种冲蚀作用下, 冲蚀材料被冲蚀破坏, 冲蚀深度主要在Ⅱ区, 冲蚀面积是Ⅱ区和Ⅲ区之和, 且水中含有大量的气体使颗粒以一定速度悬浮上升。

2 试验装置与试验内容

2.1 试验装置

图3为自激吸气脉冲射流喷嘴示意图, 该喷嘴装置在可模拟不同水深条件的压力容器内。图4为深水自激吸气脉冲射流试验系统, 主要包括压力容器、动力设备、量测设备、稳压设备和循环管路及水池等。试验过程如下:利用单级离心泵从循环水池中抽水, 注入压力容器内, 通过补水管路、回水管路、稳压设备和测压设备实现不同水深的围压模拟, 围压稳定后, 由多级离心泵供给压力水, 通过压力控制器和闸阀按试验设计要求控制工作水压力, 工作压力水经自激吸气脉冲射流喷嘴形成的液气脉冲射流直接喷射到装有冲蚀样本的冲蚀盒表面上, 对冲蚀效果进行实测。

1-进水口;2-上喷嘴;3-振荡腔;4-碰撞壁;5-下喷嘴;6-吸气装置

2.2 试验内容

试验自激吸气脉冲射流喷嘴参数为:上喷嘴直径10 mm, 下喷嘴直径18mm, 腔径105mm, 腔长85mm, 工作压力1.9MPa, 工作流量15.54~16.88m/s, 围压0.1~0.4 MPa (水深10~40m) , 自激吸气为4根6.5mm管径的吸气管在喷嘴周向对称布置, 冲蚀试验时间5min, 冲击射程100~180mm, 冲蚀材料为石蜡———粉状专用脂, 其优点是不溶于水, 可回收重复利用节省材料, 加热熔化为液体后易冷却凝固定型, 节省时间, 便于试验操作, 缺点是石蜡的硬度受试验环境温度的影响。对上述自激吸气脉冲射流喷嘴在不同围压和冲击射程条件下进行冲蚀试验, 采用网格法、填水法等测量方法测量冲蚀深度H、冲蚀面积A和冲蚀体积V来衡量射流的冲蚀效果。

1-离心泵;2-电磁流量计;3-闸阀;4-压力表;5-射流喷嘴;6-压力容器罐;7-冲蚀盒;8-压力变送器;9-测试系统;10-计算机

3 试验结果与分析

3.1 试验结果

根据实测的冲蚀效果试验数据, 分别绘制了不同围压 (模拟不同水深) 下冲蚀深度H、冲蚀表面积A和冲蚀体积V随冲击射程S的变化曲线, 如图5所示。

3.2 试验结果分析

由图5可知, 冲蚀深度H、冲蚀面积A和冲蚀体积V随着冲击射程S的变化曲线均随着围压的增大而降低, 这是由于自激吸气脉冲射流喷嘴的液气射流的能量随着围压的增大而逐渐降低, 即到达冲蚀材料的有效射流压力减小造成的。另外, 冲蚀深度H、冲蚀面积A和冲蚀体积V均在冲击射程S=120mm时达到最大值, 当冲击射程S小于或大于120mm时, 三者均随冲击射程S的变化而减小。由图1和图2冲蚀作用分析可知, 当射流冲击射程小于有效冲击射程时, 在小于Ⅱ区时, 射流没有得到充分的发展, 然后作用在冲蚀材料上, 射流冲击力没有达到最大;当射流冲击射程大于有效冲击射程时, 即大于Ⅱ区时, 射流所具有的能量随着冲击射程加大而逐渐降低, 作用在冲蚀材料上的射流冲击力较小。因此就出现了图5所示的冲蚀性能随着冲击射程的加大逐渐增加到最大值而后逐渐降低的变化曲线。由图5 (a) 和图5 (b) 可知, 在大于冲击射程120mm后, 冲蚀深度H和冲蚀面积A随着冲击射程的加大逐渐减小后, 而又增大, 但增大值远小于冲击射程120 mm对应的最大值。引起冲蚀深度H和冲蚀面积A随着冲击射程的加大逐渐减小而又增大原因, 可能是冲蚀材料 (石蜡) 的硬度受试验环境温度的影响造成的。综合考虑冲蚀性能随冲击射程的变化曲线, 冲蚀性能最佳的冲击射程范围为110~130 mm, 冲击性能最大的冲击射程为120mm。

4 结语

通过水下自激吸气脉冲射流喷嘴冲击射程对冲蚀性能影响的试验研究, 不同围压下自激吸气脉冲射流喷嘴的冲蚀性能受冲击射程的影响较大, 且存在一个获得冲蚀性能最佳的冲击射程范围和冲击性能最大的最优冲击射程;结合冲蚀机理分析阐明了自激吸气脉冲射流喷嘴的冲蚀性能随着水深的增大而逐渐降低原因。自激吸气脉冲射流的冲蚀性能不仅与不同水深和冲击射程的有关, 还受其他参数的影响, 如工作压力、冲击角度、吸气量、自激吸气脉冲射流喷嘴的腔长、腔径等。本文就结构参数一定的水下自激吸气脉冲射流喷嘴的冲击射程对冲蚀性能影响进行了试验研究, 初步得出其变化规律, 需要进一步对深水自激吸气脉冲射流喷嘴冲击射程对冲蚀性能的影响进行系统的理论与试验研究。

摘要：射流冲击射程是保证水库泥沙起动悬浮的关键技术参数, 利用自行研制的自激吸气脉冲射流喷嘴及其试验装置, 在分析冲蚀作用基础上对不同围压 (水深1040m) 和冲击射程的自激吸气脉冲射流喷嘴冲蚀性能 (冲蚀体积、冲蚀表面积和冲蚀深度) 进行了研究, 得到了冲击射程与冲蚀性能之间的关系。研究结果表明, 不同围压下自激吸气脉冲射流喷嘴的冲蚀性能受冲击射程影响较大, 存在一个获得冲蚀性能最佳的冲击射程, 且冲蚀性能随着水深的增大而逐渐降低。

关键词：水下,自激吸气,脉冲射流,冲击射程,冲蚀试验

参考文献

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吸气方法 篇4

烟草工业是我国经济建设的重要行业,在国民经济中占有重要的位置,因此,对生产提供完善的安全保障要摆在首要位置。在各种保障工作当中,安全生产是一个不容忽视的问题。尤其是生产和仓储场所的消防安全,更是重中之重。区别于普遍意义的火灾防护,烟草行业有着自身的特点:

1)生产及存储场所堆积成品烟、制烟原料等大量易燃物品。

2)烟草行业的仓库和厂房多为高大建筑,常规报警设备无法提供可靠保障。

3)大空间通风设施使气流运动,给火灾探测造成困难。

4)缺少可靠、经济的火灾扑救手段,使火灾风险明显增大。

5)由于烟库杀虫剂强腐蚀作用,一般火灾探测设施无法满足应用。

2目前使用中的烟雾探测设备的局限性

2.1 传统点式感烟探测器

在卷烟生产和存储领域一般火灾防护应用中,传统点式系统可以说是应用最广泛,同时也是问题最多的探测方式。其主要缺点有:

1)被动采集烟雾样品,极易受环境因素影响。

2)不适用于高大空间。

3)传统的烟感探头易受杀虫剂腐蚀而毁坏,并会引起误报。

2.2 红外对射式感烟探测器

针对传统点式设备对高大空间的保护无法符合国家相关法规规定的情况,很多厂家开始考虑应用红外对射探测系统。红外对射系统的运行原理,是当其所属发射器与接受器之间的红外线被烟雾遮挡时,接受器所接收到的光强度会发生衰减,报警器以此判断烟雾的存在,并发出报警信号。但红外对射烟雾报警设备在实际应用中同样存在许多无法克服的弊端:

1)发现火情晚,与点式探测器相比没有改善。红外对射探测系统在实际使用中,为了保证其探测功能的实现,要求在红外发射端与接收端之间无遮挡。这就要求系统在安装过程中,为了避免诱发误报的因素,设备大都安装在车间,仓库等高大空间的天花板上。这将面临与传统点式报警设备相同的问题——烟雾到达路程长、过程中易稀释飘散等造成报警时间晚,探测容易受到各种因素的影响。

2)报警灵敏度低。不具备在火灾阴燃无可见烟或只有少许烟阶段及早发现火情的能力。红外对射探测系统的报警灵敏度一般为30%～50%减光率,甚至远比点式感烟3%～5%减光率灵敏度差,这又进一步加剧因为大空间安装高度高造成的反应慢,发现火情更晚。

2.3 火灾图像报警系统

随着科技的进步,有一些新消防探测技术也被应用在卷烟生产,仓储等企业当中,其中火灾图像报警系统在这些应用中,具备一定的代表性。火灾图像报警系统分为双波段和普通摄像型两种。双波段火灾图像报警系统是将普通彩色摄像机与红外线摄像机结合在一起,对保护区域内的图像,温度进行监视,并将现场情况通过与主机内部的燃烧模型加以比较,判断火灾的发生。此项技术在实际应用中,也存在一定的问题:

1)由于系统以普通摄像机观察可见烟和明火加上利用红外摄像机观测燃烧所产生的高热作为报警依据,来判断火灾的发生。所以,系统在火灾发生的早期,由于既没有可见烟,明火,也没有大量的热量产生的阶段,不能提供可靠的早期报警,从而错过消灭火灾隐患的最佳时机。

2)夜间的可靠报警问题。夜间的自然光线不足,往往需要补充照明,满足摄像头最低照度,并要求配置智能控制的照明系统,自动开关光源(烟库多且平时无人)。往往夜间照度下降后,系统的报警灵敏度也会下降。

3)环境适应性不足。多数摄像报警设备只能使用固定焦距的摄像头并且不能旋转扫描观察,只能监视“死”的固定场景,且场景内的物体变化后(即背景变化后)需要重新设定系统,比较繁琐。

3吸气式烟雾报警系统介绍

随着科技的发展,高灵敏吸气式(又称“空气采样”)烟雾探测技术的出现为烟草场所的火灾探测带来了希望。

3.1 火灾发展趋势与吸气式报警系统探测范围

众所周知,火情的发展一般分为4个阶段:不可见烟(阴燃)阶段、可见烟阶段、可见火光阶段和剧烈燃烧阶段。图1展示了火灾的整个演变过程。传统的火灾报警系统通常是在可见烟阶段才能探测到烟雾,发出警报,此时火情所造成巨大的经济和财产损失已不可避免。请注意,在此之前,不可见烟阶段给我们提供了充裕的时间。而吸气式烟雾探测系统在火灾的初始阶段(即不可见烟阶段)就可提供警报信号。

3.2 吸气式烟雾探测系统工作原理

火灾发生的前兆一般是烟的产生,越早探测到烟雾,越能更快地起到报警的效果。为了达到这一目的,吸气式烟雾探测系统一改传统点式探测系统等烟雾飘散到探测器再进行探测的方式,而是采用新的理念,即主动对空气进行采样探测,保护区内的空气样品被吸气式烟雾探测系统内部的吸气泵吸入采样管道,送到探测器进行分析,如果发现烟雾颗粒,即发出报警。

吸气式烟雾探测系统的具体工作流程是空气由采样管道进入吸气式烟雾探测系统经过过滤器,吸气泵送入激光探测腔,探测信号送到控制显示单元。这期间还有经过二次过滤的空气保持激光腔内光学部件的清洁。

吸气式烟雾探测系统又是如何做到及早发现火情的,这主要是基于该系统的两个主要特性:

1)主动采样的探测方式,依靠这种探测方式,吸气式烟雾探测系统可以突破气流屏障,最大限度地接近保护对象,甚至可以深入到保护对象内部,确保在最早时间发现火灾隐患。

2)吸气式烟雾探测系统的高精度激光探测器。

我们知道,不同物质燃烧所产生的烟雾粒子,其大小是不一样的。而不同大小的粒子,在被光源照射时,其散射模式是不同的。该系统采用两个散射光接收口,从两个经过科学选择的位置进行探测,除进行计数外,同时还对散射光的量值进行测量,再经过其特有的计算方法计算,可以发现小到0.01 μm,大到20 μm的烟雾粒子。其探测灵敏度高达0.001 5%obs/m,比传统点式探测器灵敏度高1 000倍。一般情况下,火灾发生是经过发热、冒烟、燃烧等过程的。而火灾的酝酿过程相对较长。吸气式烟雾探测系统利用其独特的探测方式,可以在非常早的阶段发现火灾前兆,从火灾发展过程的典型曲线可以看出,吸气式烟雾探测系统的4级报警覆盖了火灾发生的各个阶段,比其他报警方式均提前很多。据国外资料统计,一般火灾吸气式烟雾探测系统可早报警4 h～11 h,从而及早发现火情。

3.3 吸气式烟雾探测系统的突出优点

1)安装位置非常灵活。

2)抗杀虫剂腐蚀。

3)系统维护简便易行。

4)不会发生误报。

3.4 烟草行业普及应用吸气式感烟火灾探测器的条件已经成熟

大空间场所火灾探测器对比选择试验结论:北京消防协会2004年在故宫文华殿(大空间场所)进行的消防报警系统性能化试验中,共有国内外6个知名公司5种类型技术消防产品参加,先后进行了11项火灾报警试验。试验中,烟库常用的对射式线型光束感烟探测器在8种阴燃火及明火试验中均未报警,点式探测器除在木材阴燃试验中报警外,其他试验均未报警。在全部8种试验火测试项目中,除木材明火燃烧试验外,吸气式均为最先报警(仅仅比双波段摄像型稍慢),且报警时间大大早于其他各种探测器。根据此结论,建议故宫的“高大空间宜采用吸气式探测器,取消现有的红外光束型(对射试)感烟探测器”。可见,目前烟叶库房普遍使用防腐蚀加固型的红外光束探测器是不合适的,是特定历史时期的探测技术水平下的无奈选择。考虑到烟叶库目前基本上都没有设置自动灭火设施(无合适产品)的实际,早期报警,“防患于未然”才是最为有效的措施。

4吸气式烟雾探测系统在烟草行业应用中应注意的问题

4.1 系统在烟叶仓库的应用应遵循正确的安装方式

尽管从吸气式烟雾探测系统本身结构和工作原理来看,其完全可以适应杀虫腐蚀环境,但安装时仍应注意:必须将主机安装在磷化铝所能波及的范围之外,只将PVC采样管网系统安置在仓库内部,安装时要注意采样管的长度不超过规定以及保证穿墙部位的密封性。

4.2 认真调校,最大限度地提高灵敏度,减少误报

吸气式烟雾探测系统具有非常高的灵敏度和极宽的灵敏度调节范围,这就使灵敏度的确定十分重要,既要保证足够的灵敏度,又要能够有效地避免误报。吸气式烟雾探测系统特有的Auto Learn功能可以很好地解决这个问题。同时,吸气式烟雾探测系统还可设置参照探测器。若外界对库房环境影响较大(烟、过往车辆等),可把参照探测器安装在厂房或库房的入口处,主探测器通过与参照探测器探测的结果进行比较来确认报警的真实程度,从而避免了这些外界因素引起的误报。

4.3 优化采样管网设置,方便管理维护

吸气式烟雾报警系统需要通过管网长期连续吸气主动采样,日久天长,2 mm～3 mm的采样孔难免会被浮尘、脏物、小虫等阻塞,使烟雾探测的灵敏度下降甚至失效。通过几年来厂家和应用单位的摸索,已经找到较好的解决方案,只需要在探测器的进气管上安装一个直通截止阀和一个三通阀截止阀,方便必要时使用高压空气反吹即可。

参考文献

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[2]GB 50116-98,火灾自动报警系统设计规范[S].

吸气方法 篇5

北美Draeger Norkomed GS和2A、2B、3、4型麻醉机一样, 电、气路报警装置齐全, 配置有气动的氧气-氧化亚氮连锁装置———氧气比率监测控制器 (oxygen ratio monitor controller, ORMC) [1,2], 可使新鲜气体氧气的体积分数维持在25%±3%, 因此可以防止缺氧[3,4]。呼吸器为电控气动, 空氧混合器的巧妙设置, 使该机氧耗量低[5]。吸气流速装置设有Low、Med、HI 3个挡位为临床使用提供了方便。但由于真正了解吸气流速装置作用的人员为数甚少, 同时这也是年轻麻醉医师感兴趣的内容, 因此为探讨该装置对呼吸功能的影响, 笔者随机选择100例手术患者全麻下机械通气进行临床观察, 旨在为临床提供参考。

1 呼吸器吸气流速装置

北美GS麻醉机呼吸器吸气流速装置设有Low、Med、HI 3挡, 吸气流速分别为Low:46 L/min;Med:82 L/min;HI设有:99及118 L/min。该装置具有2种功能: (1) 呼吸器启动, 即在通气参数潮气量 (tidal volum, Vt) 、呼吸频率 (F) 、吸、呼气时间比 (I/E) 预设置完成后, 开启吸气流速装置:随着该装置显示窗指针离开零位, 顺时针上升, 呼吸器皮囊风箱才开始上下运转。 (2) 可根据每位患者的不同情况, 选择调节吸气流速Low、Med或HI挡位。机械通气的压力波形, 决定于吸气流速的大小。如肺顺应性较好的麻醉患者, 选择Low吸气流速, 压力波形为正弦波。循环代偿能力较好而肺顺应性较差的麻醉患者, 则可选择Med或HI吸气流速, 压力波形为吸气末屏气或吸气平台波 (end inspirtory plateau, EIP) , 以有利于吸入气在不同肺泡区间均匀分布[6]。

2 资料与方法

2.1 临床资料

随机选择手术患者100例, 其中, 男性51例, 女性49例;年龄为17~85岁;体质量为46~95 kg;甲状腺、乳腺手术29例, 泌尿外科手术71例。

2.2 麻醉方法

100例手术患者全身麻醉选择静注咪唑安定、芬太尼、依托咪酯或丙泊酚、万可松、利多卡因快速诱导, 经口腔气管内插管。以瑞芬太尼、丙泊酚持续经静脉泵入, 复合低浓度异氟烷吸入, 间断静注万可松维持麻醉, 机械通气 (北美GS麻醉机, Vt:7~9 m L/kg, F:10~12次/min, I/E:1/2) , 麻醉效果满意。100例患者均行桡或足背动脉穿刺、置管, 直接动脉血压监测, 并经此采血行血气分析。

2.3 观察方法

本临床观察仅对Low、Med吸气流速时机械通气呼吸功能的差异进行比较。首先, 吸气流速装置设在低挡位 (Low) , 100例患者气管内插管完成、机械通气后30 min, 行动脉血气分析 (stat Profile M血气分析仪, 美国Nova Biomedical公司) , 并观察气道阻力 (Peak) 及Vt。然后, 通气参数不变, 将吸气流速装置改变为中间挡位 (Med) , 机械通气30 min后, 观察Peak及Vt, 并再次行动脉血气分析。观察并比较吸气流速装置Low挡位、Med挡位时动脉血气、Peak及Vt的差异。

2.4 统计学处理

正态分布计量资料以“平均数±标准差”表示, 吸气流速挡位Low挡与Med挡之间比较采用两两配对样本t检验, 以P<0.05表示差异有统计学意义, 分析软件为SPSS13.0。

3 结果

100例临床观察结果, 见表1。吸气流速为Low挡时, 机械通气Peak (15.1±2.36) cm H2O (波动范围11~22 cm H2O, 1 cm H2O=98.06 Pa) ;动脉二氧化碳分压Pa CO2 (36.1±4.6) mm Hg (波动范围28.2~53.5 mm Hg, 1 mm Hg=133.322 Pa) ;呼气末二氧化碳分压Pet CO2 (34.2±3.4) mm Hg (波动范围27~42 mm Hg) 。吸气流速为Med挡时, 机械通气Peak (20.2±2.84) cm H2O (波动范围14~31 cm H2O) ;Pa CO2 (34.7±4.7) mm Hg (波动范围26.6~49.8 mm Hg) ;Pet CO2 (32.3±3.4) mm Hg (波动范围25~42 mm Hg) 。吸气流速调至Med挡后, 较Low挡时Pa CO2、Pet CO2有显著下降 (P<0.05) , 同时Vt、Peak则有显著上升 (P<0.05) , 但p H、氧分压p (O2) 变化则无统计学意义 (P>0.05) 。

4 讨论

目前, 除北美Draeger Norkomed麻醉机呼吸器吸气流速可变外, 其他现代麻醉机呼吸器吸气流速基本上在出厂之前已锁定。吸气流速可变的麻醉机呼吸器的优点在于[7]:吸入气分布较好;可根据患者的不同, 选择适宜的管腔内压力;对心输出量干扰不大 (当胸内压增加超过右心房压时就会在一定程度上干扰静脉血返回心脏, 但如维持偏低的胸内平均压即可防止这种现象发生, 可通过确保吸气时间短于呼气时间或达到吸气峰压后立即降低压力, 避免维持压力于高峰值水平等来实现) 。

分析本文临床观察结果的原因。p H即氢离子活性 (a) 的负对数, 是判断血液偏酸或偏碱的指标。正常动脉血p H为7.40 (7.35~7.45之间) 。一般情况下, 由于呼吸性和代谢性因素的相互补偿作用, p H值因而可保持相对稳定[8]。Pa O2指溶解于血液中的氧所产生的压力。氧在血液中溶解量与吸入氧分压成正比, 而吸入氧分压决定于吸入气中的氧气体积分数。由此可见, 虽然吸气流速Low挡改变为Med挡, 增加了机械通气的吸气流速, 但吸入气中的氧气体积分数无改变, 均为100%, 所以Low、Med挡时Pa O2差异不明显 (P=0.93) 。组织细胞产生的CO2由体循环静脉血经肺动脉弥散到肺泡气, 而后随呼气排出。Pa CO2反映有血流灌注的二氧化碳分压p (CO2) 平均值, 是反映呼吸性酸碱失衡的重要指标。Pet CO2是呼气终末的CO2分压, 反映有通气肺泡的p (CO2) 平均值。由于此北美GS麻醉机呼吸器吸气流速Low为46L/min, Med为82 L/min。吸气流速的显著不同, 使压力波形为吸气平台波, 导致胸内压增加, Peak增高。吸气平台波也使Vt相应增加, 且有利于吸入气在不同肺泡区间均匀分布, 因而使通气效果改善, Pa CO2、Pet CO2降低。虽然在进行机械通气时, 麻醉医师可任意调节吸气流速, 其最高限度约为120 L/min (北美GS麻醉机呼吸器吸气流速HI挡为99及118 L/min) 。但应知道, 成人平静呼吸时吸气流速平均为29 L/min, 呼气时平均流速为23 L/min。过高的吸气流速, 导致的胸内压增加, 必将影响腔静脉的回心血流量, 进而使心输出量降低。所以, 对于吸气流速的应用调节, 麻醉医师应权衡利弊。

需要指出, 北美GS和2A、2B、3、4型麻醉机一样, 呼吸器虽为电控气动, 但由于空氧混合器文丘里装置的使用 (氧气可通过文丘里装置的喷嘴加入空气中, 这是在25%~40%范围内制造混氧十分经济的一种方法, 高质量的空气-氧气混合器输出氧浓度误差在3%左右) , 无论吸气流速可变与否, 呼吸器输出气氧气的体积分数均为大约33% (见表2) 。这就满足了麻醉过程中由于肺内动静脉血存在着分流, 需氧气体积分数最低应为33%的要求[7], 因为各种方法的全身麻醉肺内分流量均可达心输出量的10%~15%。

综上所述, 北美GS麻醉机性能可靠。血气是呼吸功能的最终标志[9]。本临床观察结果表明, 在保持机械通气参数不变的情况下, 增加呼吸器吸气流速, 虽有利于吸入气在不同肺泡区间均匀分布, 改善通气效果, 但胸内压的相应增加, 导致的Peak增高, 也应予注意。

摘要：目的:观察北美Draeger GS麻醉机吸气流速装置对呼吸功能的影响。方法:随机选择100例静吸复合全麻下的手术患者, 其中, 男性51例, 女性49例;年龄为1785岁;体质量为4695 kg;甲状腺、乳腺手术29例, 泌尿外科手术71例。应用北美GS麻醉机机械通气, 吸气流速可变装置先后在Low挡、Med挡位各机械通气30 min后, 分别行动脉血气分析, 观察通气参数 (Vt) 、气道阻力 (Peak) 。比较吸气流速Low、Med挡位时机械通气动脉血气、Vt、Peak的差异。结果:100例临床观察结果显示, 吸气流速调至Med挡后, 较Low挡时PaCO2、PetCO2有显著下降 (P<0.05) , 同时Vt、Peak则有显著上升 (P<0.05) , 但pH、p (O2) 变化则无统计学意义 (P>0.05) 。结论:血气是呼吸功能的最终标志。在保持机械通气参数不变的情况下, 增加呼吸器吸气流速, 有利于吸入气在不同肺泡区间的均匀分布, 改善通气效果, 但胸内压的相应增加, 导致的Peak增高, 应予注意。

关键词：麻醉机,呼吸器,吸气流速,观察

参考文献

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吸气方法 篇6

关键词：内燃机,柴油机,高原,经济性,热效率

0概述

高原是我国中西部地区的主要地貌特征,且海拔超过1km的高原地域约占全国陆地总面积的60%[1]。柴油机具有较好的经济性和宽广的功率范围,使其在诸多领域有着广泛运用。在平原地区相比,自然吸气柴油机在高原地区运行时与进气充量小,会造成燃烧恶化,使得柴油机动力性、经济性下降[2,3,4,5]。经济性下降与有效热效率减小有直接关系。已有部分学者对不同海拔高度下柴油机有效热效率的变化进行了研究[1,6,7],但研究多基于试验结果作出简单的宏观描述,对热效率变化的根源研究还不够深入。

由于柴油机有效热效率与指示热效率、机械效率密切相关,为量化自然吸气柴油机的指示热效率和机械效率随海拔高度的变化,本文借助内燃机高海拔大气状态模拟试验系统[8]进行了柴油机在10、1000、1 670m时的负荷特性试验并测取了缸内压力。在此基础上,结合FIRE仿真软件,从缸内油气混合、燃烧、循环热效率等角度阐明指示热效率恶化的内在原因,以更深一步认识柴油机在高原环境下运行时热效率下降的根源,为以后高原条件下工作的自然吸气柴油机的性能优化提供理论基础。

1 试验装置及方法

大气压力随海拔升高变化明显[9],其对柴油机工作过程的影响也最为显著,故内燃机高海拔大气状态模拟试验系统主要对内燃机的进排气压力进行模拟。该试验装置主要由进气模拟装置、排气模拟装置及测控装置构成。通过进气节流和排气抽真空原理获得高原地区的低气压,采用进排气稳压筒稳定进排气压力,稳压筒内部还设计有稳流板,以确保进排气压力不受内燃机进排气压力脉动的影响。试验设备包括CW9型电涡流测功机和MCS-960型燃油耗仪,缸压采集使用DEWE-800型燃烧分析仪、KISTLER-6052C型缸压传感器。

试验样机选用自主研发的新型186F柴油机,样机主要参数见表1。本研究使用上述内燃机高海拔大气状态模拟试验系统分别测取了10m(平原)、1 000m(90kPa)和1 670m(84kPa)三个海拔高度下柴油机标定转速时负荷特性的燃油消耗和标定工况下的缸内压力。试验过程中室内大气温度和湿度基本不变,大气温度12~15℃,大气湿度45%~50%。

2 试验结果与分析

2.1 经济性分析

海拔高度增加使得柴油机进气量减小,缸内过量空气系数降低,造成可燃混合气变浓,特别在大负荷时,这必然会使缸内局部过浓区域增加,导致燃烧恶化,柴油机经济性下降。图1为不同海拔高度下柴油机比油耗随负荷的变化情况。随海拔高度增加,大负荷时的比油耗远比小负荷时增加得多:在100%负荷和25%负荷时,从10m到1 000m,比油耗分别增加了3.05%和0.41%;从1 000 m到1 670m,比油耗分别增加了2.51%和0.57%。另一方面,随海拔高度增加,最低比油耗所对应的功率有向小负荷移动的趋势。由燃油消耗量计算得出不同海拔高度下有效热效率的变化,如图2所示。与比油耗在大负荷时有明显的增加对应,随高度增加,有效热效率在大负荷时有明显的降低。

2.2 机械损失

柴油机的机械损失主要由各个运动件的摩擦和驱动损失造成,其占所有机械损失的90%左右。虽然大气压力降低会使泵气损失发生些许改变,但由于其在机械损失中所占比例很小,仅10%左右,故大气压力降低对机械损失造成的影响可以忽略不计。并且由负荷特性数据分别作出标定转速下海拔高度10、1 000、1 670m的平均有效压力-小时油耗量关系曲线(图3)可知,柴油机的机械损失随海拔高度的增加变化很小。为得到柴油机标定转速下更精确机械损失,在平原地区使用电力测功机倒拖测得标定转速下摩擦功率为3.5kW,即pmm平均机械损失压力为0.26MPa。

2.3 指示热效率

一般认为机械损失不随负荷而变化[10],依据上述试验结果计算得出指示热效率ηit如图4所示。由图4可知:不同海拔高度时指示热效率随负荷变化走向一致,均呈现先增大后减小的趋势;但随海拔高度增加,最大指示热效率所对应的负荷由25%负荷移动到50%负荷,相同工况下指示热效率下降,且大负荷时的指示热效率下降最多。50%负荷时指示热效率下降最少。在100%负荷时,从10m到1 000m和从1 000m到1 670m,指示热效率分别下降了3.47%和1.67%;而在50%负荷时,其分别减少了0.45%和0.34%。

3 热效率恶化原因分析

通过试验可以从宏观角度认识海拔高度对自然吸气柴油经济性和指示热效率的影响程度,但想要深入了解指示热效率下降的根本原因,还需要对燃烧效率及循环热效率作出必要的定量描述。故在已有试验数据的基础上,采用FIRE软件分别建立了10、1 000、1 670 m三个海拔高度时标定工况(6.8kW)下缸内工作过程的三维仿真模型(仿真模型的缸内压力与实测值误差小于2%),以便从油气混合角度阐明燃烧效率下降的根本原因。另外,基于实测缸内气体压力,将实际工作循环简化为理论循环以探讨循环热效率变化的根本原因。

3.1 燃烧效率

燃烧效率主要与当量燃空比有关[10],而燃空比的时空分布又与油气混合过程紧密相连,故从油束的发展历程逐步分析,得到燃烧效率改变的根源。

3.1.1 油束贯穿距

海拔高度越高,柴油机进气量越少,使得压缩上止点缸内气体密度变小,这必然使油束伸展和扩张的形态发生变化。图5为不同海拔高度下缸内油束贯穿距随曲轴转角的变化(虚线为碰壁距离,由燃烧室尺寸等决定)。随海拔高度增加,相同喷射时刻下油束贯穿距变长,使得油束触壁用时缩短,这会造成更多的燃油碰壁,易使近壁面处形成富油混合区。且海拔越高,燃烧室内气体密度越小,温度越低,使得油束破碎速率减缓,油滴平均直径增加,燃烧室内油气混合均匀性变得更差。

3.1.2 油滴气化

油滴的直径及燃烧室内的温度、压力会影响油滴气化的速度,而气化速度又决定混合气的形成速度和燃烧速度[11,12]。不同海拔高度下油滴气化速率见图6。随海拔升高,燃烧室内油滴平均直径增加,气体温度及压力降低,导致油滴的气化速率减小,气化持续期变长。气化持续期变长会增大油滴在扩散燃烧阶段的高温氛围下被裂解的可能性,造成碳烟排放增加,能量利用率下降。

3.1.3 当量燃空比

海拔高度不同时,油束破碎、蒸发过程及缸内氧含量均发生变化,这会使油气混合品质发生改变,导致缸内局部燃空比变化。图7给出了不同海拔高度下从曲轴转角为358°依次递增4°到378°时缸内当量燃空比的变化情况。对比362°时刻缸内燃空比的分布可以发现,随海拔高度增加,喷注主流区头部出现更大范围的富油区,说明喷注核心部分的燃油粒度大,油束破碎效果被削弱了。在上止点后曲轴转角为10°时,高海拔时油束贯穿距增加造成大量燃油附壁,故在燃烧室壁面附近形成了大范围的浓混合区域,而在平原地区,其浓混合区域的中心距离燃烧室侧面保持一定距离,且面积和最大燃空比均小于高海拔地区。到曲轴转角为374°时,此时平原地区仅在近壁面处存在很小范围燃空比约为2的稍浓混合区。随海拔升高,近壁面附近混合气不仅浓度变浓,面积也在扩大,这主要是燃油附壁严重,燃烧室内本就偏少的氧气又被预混燃烧阶段消耗很多造成的。高海拔时缸内当量燃空比的分布对燃烧极其不利,必然带来不完全燃烧加剧,油滴高温裂解增加,甚至更多的燃油未燃烧[13]。图8为不同海拔高度下未燃燃油质量随曲轴转角的变化,未燃HC随海拔升高而增加,这会造成总放热量减小。

综上分析,随海拔高度增加,缸内油气混合过程恶化,混合气浓度梯度增大,富油区范围扩大且集中在燃烧室侧壁表面,最终造成燃烧过程不充分,总放热量减小,燃烧效率降低。其中三个海拔高度下每循环理论放热量、实际放热量和燃烧效率见表2,由于海拔升高时保持功率不变,所以随海拔升高供油量增加,导致每循环理论放热量增加,从10m到1 000m和1 000m到1 670m,燃烧效率分别下降了0.9%和2.1%。

3.2 理论循环热效率

图9为不同海拔高度时的实测气缸压力和放热率曲线。由图9可见,随海拔升高,缸内最高燃烧压力降低,燃烧始点推迟。为量化不同海拔高度下循环热效率的变化情况,根据柴油机工作过程的特点和工程热力学的相关知识,用可逆绝热压缩和膨胀过程代替实际膨胀和压缩过程,可逆定容加热和定压加热过程代替实际燃烧过程,可逆绝热膨胀和定容放热过程代替实际排气过程,将实际循环简化为混合加热循环,简化后的理论循环见图10,以此计算该理论循环的循环热效率。随海拔升高,一方面压力升高比降低,海拔高度为10、1 000、1 670m时的压力升高比分别为1.54、1.52、1.44,压力升高比越低说明循环越不接近等容循环,循环热效率会降低;另一方面初始膨胀比增大,海拔高度为10、1 000、1 670m时的初始膨胀比分别为1.07、1.19、1.40,初始膨胀比越大,等压部分加热量越大,循环热效率越低。另外,等熵指数与缸内温度成反比,此处根据式(1)计算等熵指数[11],由此得到的理论循环热效率见表3。海拔升高,柴油机理论循环热效率降低,从10m到1 000m下降了2.4%,从1 000m到1 670m减少了2.6%。由于内燃机的实际循环存在着许多不可逆损失,故实际循环热效率要比理论循环热效率要小。

式中,к为等熵指数;T为缸内平均温度;a为平均过量空气系数。

3.3 不可逆损失

3.3.1 传热损失

理论循环假设燃烧室壁面绝热,但实际上缸内工质与燃烧室壁面始终发生着热量交换,特别在燃烧阶段,缸内工质温度极高,此时向壁面大量传热。不同海拔高度下缸内工质温度随曲轴转角的变化见图11。随海拔升高,压缩行程缸内温度略有降低,但在膨胀行程时缸内温度明显升高,并且一直持续到排气门打开。不同海拔高度下壁面传热量见图12。随海拔升高,燃烧初期缸内压力和温度较低造成传热系数减小,使得此时壁面传热量减小;伴随燃烧过程的进行,缸内平均温度升高,壁面传热量开始增大,且高海拔时传热量峰值相比平原值要大;燃烧后期,受缸内压力和平均温度的综合影响,壁面传热量随海拔升高变化不大。不同海拔高度下燃烧开始至排气门打开阶段壁面总传热量见表4,随海拔升高,壁面传热量增加,但其变化为先增后减。这主要因为1 670m处缸内压力下降明显,但缸内平均温度的增加不明显,使得传热系数比1 000m时反而减小;另一方面,燃烧室、气缸和缸盖底壁面温度的增加,也阻碍了壁面传热量的增加。

3.3.2 排气损失

理论循环将实际排气过程简化为等容放热过程,而实际上内燃机为了有较好的充量系数和较小的残余废气系数,排气门会在下止点前打开,这造成排出废气的能量得不到利用。使用Justi公式[10]计算排气门开启时刻缸内的摩尔热力学能,结合排气流量可计算出排气能量,具体结果见表5。随海拔升高,排气流量减小,使得排气摩尔数下降。由于排气门开启时刻缸内气体平均温度升高,使得工质的摩尔热力学能增加。最终的计算结果表明,随海拔升高,排气内能增加,但1 670m处的排气内能略小于1 000m处,这主要是由此时摩尔热力学能的增加量小于排气摩尔数的减小量所致。

4 结论

(1)随海拔高度增加,柴油机燃油经济性变差,尤其在全负荷时比油耗增加显著,且最低比油耗工况略向小负荷偏移。有效热效率与燃油经济性的变化类似,其在大负荷时恶化严重,小负荷时变化较小。

(2)随海拔高度增加,喷油油束贯穿距变长,油束破碎和蒸发过程减缓,使得缸内油气混合均匀性变差,燃烧室近壁面处易形成油气堆积和大范围的富油混合区,最终造成不完全燃烧加剧,燃烧效率下降。

吸气方法 篇7

1资料与方法

1.1搜集本院2013年1~6月期间双向扫描诊断肺气肿病理1000例。其中男668例, 女332例, 年龄在7~93岁, 平均年龄39.7岁。

1.2采用西门子128层CT扫描设备, 扫描参数110 k V, 120 MAS, 层厚1 mm, 层距1.7 mm, 运用高分辨率骨函数重建。

1.3对1000例患者进行深吸气末肺气肿诊断, 其中诊断肺气肿135例;对1000例患者进行深呼气末肺气肿诊断, 其中诊断肺气肿158例;对深吸气末及深呼气末诊断为肺气肿病例进行二者的对照分析。

2结果

小叶中心型肺气肿72例, CT表现为上叶肺部为主无壁囊状积气, 中心可见中央小动脉, 周围绕以正常肺组织;多见于吸烟及慢性支气管炎患者。全小叶型肺气肿53例, CT表现为广泛的异常低密度区, 肺纹理纤细, 呈简化肺结构改变;下肺表现多见。间隔旁型肺气肿15例, CT表现为胸膜下栏栅状排列积气囊腔。泡性肺气肿35例, CT表现为薄壁囊状积气, 与其他类型肺气肿混合存在病例25例, 单独存在病例10例。瘢痕旁型肺气肿3例, CT表现为不规则气腔, 周围并肺硬变及纤维化, 2例与支气管扩张并发。

3结论

深呼气末诊断肺气肿敏感性高于深吸气末。深呼气末扫描病变区与正常肺组织间密度差异大, 容易分辨, 不易漏诊, 以全小叶型肺气肿表现明显。本次深吸气末漏诊病例均为全小叶型肺气肿。

4讨论

4.1病理特点。 (1) 小叶中心型肺气肿:又称腺泡中心型肺气肿, 是指2、3呼吸性支气管成囊状扩张, 而腺泡周围的肺泡管、肺泡囊、肺泡不收累及。 (2) 全小叶型肺气肿:也称非选择性肺气肿, 终末细支气管以远的全部气道。 (3) 间隔旁型肺气肿:也称远侧腺泡性肺气肿, 胸膜下肺泡管、肺泡囊的囊状扩张, 直径<1 cm。 (4) 泡性肺气肿:正常气腔的异常扩大, 直径>1 cm又称空腔。 (5) 瘢痕旁型肺气肿:瘢痕及纤维化牵拉形成气腔扩大或肺组织破坏, 与小叶和腺泡任何部位没有关系。常与支气管扩张并存, 形成所谓蜂窝肺。

4.2鉴别诊断。 (1) 肺低密度病变常见的有:肺气肿、气囊肿、蜂窝肺、支气管扩张、肺淋巴管肌瘤病、肺组织细胞增生症、肺动脉发育不良。 (2) 肺囊肿:为周围肺组织的含气腔扩大的单位, 周围可有不同程度的壁, 薄者类似于淋巴管肌瘤病, 厚者与特发性肺纤维化相似。CT表现多表现为薄壁囊状积气, 中心无小叶中心动脉。 (3) 蜂窝:肺广泛间质纤维化的终末期改变, 肺组织结构破坏, 细支气管上皮化生, 形成薄壁的囊性病变。CT表现为蜂窝状积气。 (4) 支气管或细支气管扩张:支气管或细支气管不可逆性扩张, 常伴有支气管管壁增厚。通常轻度扩张呈圆柱状;中度扩张呈囊状, 常有支气管不规则狭窄;重度扩张则显著, 尤其远端支气管明显。CT表现为支气管扩张并伴支气管管壁增厚。尽管影像学表现类似囊性肺疾病和大疱性肺气肿, 但“印戒征”的出现表明存在支气管扩张症。支扩的外观是典型的囊性扩张。注意支气管扩张周围因空气滞留出现低密度。 (5) 肺动脉发育不良, 可见肺动脉分支异常。CT表现为动脉分支缺如、细小或走形异常, 尤其肺动脉CTA明显。 (6) 肺淋巴管肌瘤病, CT表现双肺许多不连续的、圆形、薄壁囊状气腔。病变之间为正常肺, 且无纤维化迹象。囊状病变呈广泛分布, 许多在肺底可见。仅见于女性。 (7) 肺组织细胞病, CT表现许多大小不等、厚或薄壁囊状气腔, 部分形态极不规则。之间可见正常肺实质, 无纤维化征象。上部肺野空腔大而多, 肺底小而少。左肋膈角出现幸免。

4.3辅助检查。 (1) 肺功能检查:一秒钟呼气量 (FEV1) 和它占用的肺活量的多少 (FEV1/FVC) 来反映气道有无阻塞。MVV (最大通气量) <80%, RV/TLC (残/总) >40%。有资料记载, 其诊断肺气肿与CT诊断具有相似敏感性。 (2) 血气酸碱分析:出现氧分压 (Pa O2) 下降, 二氧化碳分压 (Pa CO2) 增高。

5总结

5.1分析:气道具有双向通气性。吸气时胸腔内压力减低, 气道增宽, 病变部气体进入导气部差异较小, 正常区域CT值与异常病变区CT值差异较小, 不易分辨;呼气时胸腔内压力增加, 气道变窄, 影像导气部气体呼出, 空气潴留, 使正常区域CT值与异常区域肺组织CT值差异变大, 容易分辨。

5.2肺气肿病例多为于上肺, 上肺是一沉默区, 在该区可发生较广泛肺破坏, 但无肺功能异常, 也不出现临床症状, 这使得肺功能检查肺气肿不敏感, 对这些肺气肿CT诊断是目前诊断主要手段[1]。

5.3目前HRCT是诊断肺气肿主要手段, 敏感性及准确性较高[2,3], 据资料记载, 病变累计肺体积25%以上, 临床才出现症状。

5.4肺功能检查异常, 而胸片正常表现, 此时应进行CT扫描进一步明确。

5.5 CT诊断肺气肿对临床预防及治疗至关重要。泡性肺气肿多合并存在, 适用于术前患者的检查, 对进一步明确位置、大小、被压缩肺组织情况及其他肺组织情况进行分析, 评判是否是手术适应证及术后切除改善呼吸困难症状。

5.6经本次研究, 深呼气末诊断肺气肿敏感性更高。对慢性肺疾病患者适合广泛开展应用, 使临床对肺气肿疾病早期发现, 对肺气肿起到可防可控的目的。

参考文献

[1]李松年.全身CT诊断学[M].北京:中国医药出版社, 2002.

[2]潘纪戍.肺部高分辨CT诊断学[M].北京:人民军医出版社, 2007.