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研究生:陳世明
研究生(外文):Chen,Shih-Ming
論文名稱:活塞式水肺一級呼吸調節器之最佳化分析
論文名稱(外文):Optimization on the Piston-type First-stage Regulators for the SCUBA Diving
指導教授:林聰穎
指導教授(外文):Lin,Tsung-Ying
口試委員:平新治羅接興徐道賢
口試委員(外文):Ping,Shin-JrLuo,Jie-ShingShiu,Dau-Shian
口試日期:2014-05-09
學位類別:碩士
校院名稱:國防大學理工學院
系所名稱:機械工程碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:68
中文關鍵詞:水肺潛水活塞式呼吸調節器最佳化分析
外文關鍵詞:SCUBA DivingPiston-type First-stage RegulatorOptimization
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水肺一級呼吸調節器的作用就是能將氣瓶內的高壓空氣(200bar)降低到穩定壓力(10bar)後,藉由二級呼吸調節器提供給潛水員使用。以往探討呼吸調節器之研究,大多著重在於模擬二級呼吸調節器的流場分析,或是以實驗方式量測及觀察出一級呼吸調節器的中壓室特性,尚無針對一級呼吸調節器進行最佳化分析之研究。
本研究針對台灣某廠商設計開發之活塞式一級呼吸調節器來實施最佳化分析,首先運用MATLAB/Simulink建立調節器作動之模型,並藉由實驗結果修正模擬參數之設定,最後利用MATLAB/Simulink Design Optimization將設計變數Ac(活塞作用面積)、K(彈力常數)及V30(調節器內中壓室體積)實施最佳化分析,藉以減少中壓室內的壓力變化。
本研究成功的建立活塞式一級呼吸調節器的數學模型,並進行最佳化的分析,得知較小的活塞面積、較小的彈力常數及較大的中壓室體積能改善調節器的性能,使潛水員在呼吸上能更為順暢。
In the SCUBA diving equipments, the usage of the first-stage regulators is to reduce the air pressure in the tank from 200bar to 10bar. Divers can breath normally through the second-stage regulators which can supply air with a suitable pressure. From previous studies about SCUBA regulators, some papers simulated the air flow in the second-stage regulators. Some patents provided the improved designs about the regulators in order to have better performance.
This paper constructed a mathematical model for the piston-type first-stage regulator, and perform optimization analysis on this model. First, MATLAB/Simulink software is used on the model simulation. Some parameters in the model are determined by experiments. Finally, three parameters (the piston area, the spring constant, the chamber volume) are used for optimization analysis with “ Design Optimization” tool of MATLAB/Simulink. The objective is to reduce the pressure difference in the chamber.
From the results of the optimization analysis, a smaller piston area, a smaller spring constant, and a larger chamber volume can improve the performance of a regulator in order to make the divers breath more smoothly.
誌謝
摘要
Abstract
目錄
表目錄
圖目錄
符號說明
1.緒論
1.1前言
1.2研究動機及目的
1.3研究方法
1.4文獻探討
1.4.1國內外相關期刊文獻
1.4.2國內外相關專利
1.4.3技術要點表
1.5論文架構
2.理論分析
2.1調節器結構及運作說明
2.2數學方程式推導
2.2.1彈簧力分析
2.2.2減壓閥數學模式
2.3最佳化方法說明
2.3.1最佳化理論
2.3.2 MATLAB Optimization Toolbox
3.模擬運算與最佳化運算
3.1使用軟體介紹
3.1.1 MATLAB/Simulink 模擬運算
3.1.2 MATLAB/Optimum 運算
3.2活塞式一級呼吸調節器Simulink 模擬運算
3.3活塞式一級呼吸調節器最佳化運算
3.3.1敏感度分析
3.3.2最佳化運算
4.實驗量測與實驗結果分析
4.1實驗量測
4.2實驗結果分析
4.3高壓200bar結果分析
4.3.1單人(潛水員1號)200bar
4.3.2單人(潛水員2號)200bar
4.3.3雙人200bar完全同步
4.4低壓60bar結果分析
4.4.1單人(潛水員1號)60bar
4.4.2單人(潛水員2號)60bar
4.4.3雙人60bar完全同步
4.5實驗結果推論
5.結論與未來方向
5.1結論
5.2未來方向
參考文獻

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