Рассчитать над уровнем моря парциальное давление кислорода

2. Определение необходимого количества кислорода

Кислородно-дыхательное оборудование (КДО). Назначением кислородного оборудования является обеспечение членам экипажа таких условий дыхания, которые позволили бы им сохранить определенный уровень физиологических параметров, достаточный для выполнения штатной работы по управлению самолетом, в различных эксплуатационных и экстремальных условиях.

Прежде всего, кислородное оборудование вступает как средство обеспечения определенных физиологических потребностей человека. Наиболее важными параметрами для кислородного оборудования членов экипажа являются следующие: высота обязательного начала применения кислородного оборудования; количество и парциальное давление кислорода во вдыхаемой газовой смеси; дыхательные усилия, приемлемые для организации нормального процесса дыхания; скорость и объем подаваемой для дыхания газовой смеси и др.

Основной принцип кислородного обеспечения человека в полете на самолете с негерметичной кабиной основан на том, что барометрическая высота в кабине равна высоте полета.

На самолетах с негерметической кабиной и высотой полета от 3000 до 3600 м включительно кислородом должны обеспечиваться все члены экипажа в течение полета на указанных высотах более 30 минут, а на высотах более 3600 м – в течение всего полета.

Полеты на самолетах с негерметичной кабиной для обеспечения их безопасности должны быть ограничены высотой 6000м.

Для самолета с герметичной кабиной количество кислорода и характеристики кислородного оборудования устанавливаются на основании предположения, что разгерметизация кабины случится на высоте и в пункте полета, которые являются самыми критическими с точки зрения необходимости в кислороде, и что после разгерметизации кабины самолет снизится без превышения эксплуатационных ограничений до безопасной высоты и продолжит полет на высоте, позволяющей достигнуть места безопасной посадки с учетом остатка топлива.

После разгерметизации барометрическая высота в кабине принимается равной высоте полета. Достигаемая при этом максимальная высота в кабине, которая не должна превышать 12000 м, принимается в качестве основания для определения запаса кислорода.

На самолетах с герметичной кабиной и высотой полета более 3000 м для случая разгерметизации кабины и аварийной ситуации должно быть предусмотрено кислородное питание не менее чем на 2 часа полета.

Основной задачей систем кислородного питания является поддержание парциального давления кислорода на уровне, обеспечивающем нормальную жизнедеятельность человека на всех режимах полёта и в аварийных ситуациях. При постоянном процентном содержании кислорода в атмосфере, составляющем 21 %, с подъёмом на высоту парциальное давление кислорода будет уменьшаться. Чтобы обеспечить нормальное парциальное давление 150 мм.рт.ст, необходимо увеличивать процентное содержание кислорода в зависимости от высоты в кабине (под высотой в кабине понимают барометрическую высоту, соответствующую давлению воздуха в кабине). Нормальное парциальное давление можно обеспечить только до высот в кабине, равных 10 км и парциальное давление не ниже допустимого (98 мм.рт.ст.) до высоты 12000 м. Если произошла разгерметизация кабины на высоте более 12000 м, то подача 100 % кислорода для дыхания не решает проблемы — необходимо подавать кислород под давлением. Однако, при избыточном давлении более 40 мм.рт.ст. в организме нарушается процесс поглощения кислорода и удаления углекислоты. Для предотвращения этого явления на тело человека создаётся внешнее противодавление.

Для оценки эффективности применения кислородной дыхательной аппаратуры необходимо знать потребное количество кислорода на фактической высоте, %.

Оно определяется по формуле:

где PО₂ — парциальное давление кислорода при атмосферном давлении на уровне моря

Рh – барометрическое давление на фактической высоте;

РН₂О=47мм рт.ст. – парциальное давление водяных паров.

Например, рассчитаем потребное количество кислорода на высоте Н=2000 м над уровнем моря. В соответствии с (1.7), оно будет равно:

где Р_h=2000 определяется из таблицы 1.4 и равно 596,17 мм рт.ст.

Следовательно, из баллона дыхательного аппарата в дыхательную смесь члена экипажа необходимо добавить:

где αО₂ = 21% — содержание газа в атмосферном воздухе в %

Следовательно, в соответствии с (1.9), из баллона дыхательного аппарата достаточно добавить в дыхательную смесь всего 8% кислорода, что приблизительно равно 0,8-0,9 л/мин в режиме работы кислородного прибора в режиме «Смесь», в соответствии с таблицей 1.5.

Количество кислорода и его содержание в газовой смеси, при котором поддерживается жизнедеятельность и работоспособность человека на удовлетворительном уровне

Источник

Определение парциального давления газов в атмосфере

С уменьшением барометрического давления снижается и парциальное давление основных газов, входящих в состав атмосферы. Количественный же состав воздушной смеси в тропосфере остается практически неизменным. Так атмосферный воздух в нормальных условиях (на уровне моря) содержит 21% кислорода, 78% азота, 0,03% углекислого газа и почти % приходится на инертные газы: гелий, ксенон, аргон и т.д.

Парциа́льное давление (лат. partialis — частичный, от лат. pars — часть) — давление отдельно взятого компонента газовой смеси. Общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений её компонентов.

Парциальное давление газа в атмосферном воздухе определяется по формуле:

где α — содержание газа в атмосферном воздухе в %;

Рh – барометрическое давление на фактической высоте.

Решающую роль в поддержании жизнедеятельности человека играет газовый обмен между организмом и внешней средой. Газовый обмен осуществляется за счет дыхания и кровообращения: в организм непрерывно поступает кислород, а из организма выделяется углекислый газ и другие продукты обмена веществ. Чтобы этот процесс не нарушался необходимо поддерживать парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе на уровне близком к земному.

Парциальным давлением кислорода (О₂) в воздухе называется часть общего давления воздуха, приходящаяся на долю О_2.

Так, на уровне моря (Н=0м), в соответствии с (1.1), парциальное давление кислорода составит:

где αО₂ = 21% — содержание газа в атмосферном воздухе в %;

Р_h=0 – барометрическое давление на высоте уровня моря

При увеличении высоты суммарное давление газов падает, однако парциальное давление таких составных частей, как углекислого газа и водяных паров в альвеолярном воздухе, практически остается без изменений.

И равно, при температуре тела человека 37 0 С примерно:

· для водяных паров РН₂О=47мм рт.ст.;

· для углекислого газа РСО₂=40 мм рт.ст.

При этом значительно изменяется скорость падения давления кислорода в альвеолярном воздухе.

Атмосферное давление и температура воздуха на высотах

По международному стандарту

№ п/п	Высота, м	Барометрическое давление, мм рт.ст.	Температура воздуха, 0 С
1.
2.	715,98	11,75
3.	674,01	8,5
4.	634,13	5,25
5.	596,17
6.	560,07	-1,25
7.	525,8	-4,5
8.	493,12	-7,15
9.	462,21	-11,0
10.	432,86	-14,25
11.	405,04	-17,5
12.	378,68	-20,5
13.	353,73	-24,0
14.	330,12	-27,25
15.	307,81	-30,5
16.	286,74	-33,75
17.	266,08	-37,0
18.	248,09	-40,25
19.	230,42	-43,5
20.	213,76	-46,75
21.	198,14	-50,0
22.	183,38	-50,25
23.	169,58	-56,5
24.	156,71	-56,5
25.	144,82	-56,5
26.	133,83	-56,5
27.	123,68	-56,5
28.	114,30	-56,5
29.	105,63	-56,5
30.	97,61	-56,5
31.	90,21	-56,5
32.	83,86	-56,5

Альвеолярный воздух — смесь газов (главным образом кислорода, углекислого газа, азота и паров воды), содержащаяся в лёгочных альвеолах, непосредственно участвующий в газообмене с кровью. Поступление кислорода в кровь, протекающую по лёгочным капиллярам, и удаление из неё углекислого газа, а также регуляция дыхания зависят от состава, поддерживаемого у здоровых животных и человека в определённых узких границах благодаря вентиляции лёгких (у человека в норме содержит 14-15% кислорода и 5-5,5% углекислого газа). При недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе и некоторых болезненных состояниях возникают изменения состава, что может привести к гипоксии.

Парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе (под маской и в верхних дыхательных путях) рассчитывается по формуле:

А в альвеолярном воздухе по формуле:

где αО₂ — содержание газа в атмосферном воздухе в %;

Рh – барометрическое давление на определенной высоте;

РН₂О=47мм рт.ст. – парциальное давление водяных паров;

РСО₂=40 мм рт.ст.– парциальное давление углекислого газа

В соответствии с (1.3), парциальное давление вдыхаемого кислорода (под маской и в верхних дыхательных путях) в нормальных условиях должно быть:

И парциальное давление в альвеолярном воздухе, в соответствие с (4), в нормальных условиях должно быть:

По оценкам ученых установлено, что нижним пределом РО₂, при котором человек еще работоспособен, является РО₂ = 98 мм рт.ст. Это соответствует высоте Н=3000 м, которая называется безопасной высотой.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:

Источник

Парциальное давление кислорода

Основными параметрами воздуха, определяющими физиологи­ческое состояние человека, являются:

• абсолютное давление;
• процентное содержание кислорода;
• температура;
• относительная влажность;
• вредные примеси.

Из всех перечисленных параметров воздуха решающее значение для человека имеют абсолютное давление и процентное содержа­ние кислорода. Абсолютное давление определяет парциальное давление кислорода. Парциальное давление любого газа в газовой смеси представляет собой часть общего давления газовой смеси, приходящаяся на долю этого газа в соответствии с его процентным содержанием. Так для парциального давления кислорода имеем где − процентное содержание кислорода в воздухе (); Р_H− давление воздуха на высоте Н;−парциальное давление водяных паров в легких (противодав­ление для дыхания ). Парциальное давление кислорода имеет особое значение для физиологического состояния человека, так как оно определяет про­цесс газообмена в организме. Кислород, как и всякий газ, стремится перейти из пространства, в котором его парциальное давление больше, в пространство с меньшим давлением. Следовательно, процесс насыщения организ­ма кислородом происходит лишь в том случае, когда парциальное давление кислорода в легких (в альвеолярном воздухе) будет больше парциального давления кислорода в крови, притекающей к альвеолам, а это последнее будет больше парциального давле­ния кислорода в тканях организма. Для удаления из организма углекислого газа необходимо иметь соотношение его парциальных давлений, обратное описанному, т.е. наибольшее значение парциального давления углекислого газа должно быть в тканях, меньшее − в венозной крови и еще мень­шее − в альвеолярном воздухе. На уровне моря при Р_H = 760 мм рт. ст. парциальное давление ки­слорода равно ≈150 мм рт. ст. При таком обеспечивается нор­мальное насыщение крови человека кислородом в процессе дыхания. При увеличении высоты полетауменьшается в связи с уменьше­ниемP_H (рис. 1). Специальными физиологическими исследованиями установлено, что минимальное парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе Эту цифру принято называть физиологи­ческой границей пребывания человека в отрытой кабине по величине. Парциальному давлению кислорода 98 мм рт. ст. соответствует высота Н = 3 км. При 98 мм рт. ст. возможно нарушение зрения, слуха, замедление реакции и потеря человеком сознания. Для предотвращения этих явлений на ЛA используются системы кислородного питания (СКП), обеспечивающие > 98 мм рт. ст. во вдыхаемом воздухе на всех режимах полета и в аварийных ситуациях. Практически в авиации принята высота Н = 4 км в качестве гра­ницы полетов без кислородных приборов, то есть ЛA, имеющие прак­тический потолок менее 4 км могут не иметь СКП.

1. Парциальное давление кислорода и углекислого газа в организме человека в наземных условиях

мм рт. ст.	мм рт. ст.
Вдыхаемый воздух Альвеолярный воздух Венозная кровь Артериальная кровь Ткани	159 105÷110 60 100 10÷20	0,23 40 45÷50 40 55÷60

При изменении указанных в таблице значений и на­рушается нормальный газообмен в легких и во всем организме че­ловека.

Источник