Энергоэффективная система криостатирования исполнительного устройства криотерапевтического комплекса

• Автор: Савельева, Анна Викторовна
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Постановка задачи исследований и выбор экспериментальной методики

1.1 Физические основы эффективности и безопасности общей криотерапии

2.1 Техника и технология общей криотерапии, энерговооруженность действующих криотерапевтических установок
3.1 Теоретические основы моделирования тепловых процессов в элементах криотерапевтического комплекса

ГЛАВА 2 Математическое и программное обеспечение эксперимента

2.1 Физическая модель исполнительного устройства криотерапевтического комплекса
2.2 Физическая модель системы криостатирования исполнительного устройства криотерапевтического комплекса
2.3 Математическая модель исполнительного устройства криотерапевтического комплекса
2.4 Программное обеспечение математического эксперимента
ГЛАВА 3 Исследование тепловых процессов в исполнительном устройстве криотерапевтического комплекса
3.1 Выбор схемы общего криотерапевтического воздействия
3.2 Исследование работы криотерапевтического комплекса с рекуперативным отводом теплоты
3.3 Исследование работы криотерапевтического комплекса с конвективным отводом теплоты

ГЛАВА 4 Выбор и обоснование рефрижераторного цикла для
криостатирования исполнительного устройства КТК
4.1 Математическая модель рефрижератора на базе воздушной турбо-холодильной машины
4.2 Исследование работы криотерапевтического комплекса с рефрижератором на базе воздушного турбохоло дильно го агрегата.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Ті - температура теплоносителя, К;
Т2 — температура мышечной ткани, К;
Тз - температура изоляции исполнительного устройства, К; Т4 - температура теплообменного устройства, К;
Т5 — температурный уровень криостатирования, К;
Т1=п тах - температура пассивной границы объекта, К;
Т* - температура дефростации, К; еРм = -2,5 - терминальный температурный порог, °С;
= -2 - критическая температура поверхности, °С;
1Я - температура ядра, °С;
/о - начальная температура, °С;
Тэ - температура эпителия, К;
ттах - максимальная продолжительность охлаждения, с; т* - эффективное время (время обезболивания), мин; д - плотность теплового потока, Вт/м2;

0,1 - общая потеря теплоты с единицы поверхности, кДж/м2; /0 - средняя площадь поверхности человеческого тела, м2; д0 - толщина оболочки, мм; дэ - толщина эпителия (первый слой), мм; ёж - толщина жировой ткани (второй слой), мм;
8М - толщина мышечной ткани, мм;
Дх - шаг разбиения, мм; р - плотность, кг/м3; к - энтальпия, кДж/кг;
X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 К); р - коэффициент динамической вязкости, (Н-с)/м2;
V - коэффициент кинематической вязкости, м2/с; со - линейная скорость теплоносителя, м/с; gl - расход теплоносителя, кг/с;
Ке - критерий Рейнольдса;
Сг - критерий Грасгофа;
Ии — критерий Нуссельта;
Рг - критерий Прандтля;
Яа - критерий Релея;
5/ - критерий Био;
Ро - критерий Фурье;

что в интервале температур от -2 до +37 °С = const .
При повышении температуры воды от 0 до 40 °С, изменение удельной теплоемкости составляет менее 1%. Вода определяет теплоемкость органов тела, поэтому предполагается, что для выбранного диапазона температур теплоемкость всех биологических тканей сJ = const .
Рисунок 1.3.1 - Физическая модель объекта криотерапевтического воздействия
Соотношение периметра, высоты и толщины оболочки тела позволяет предположить, что основной перенос теплоты происходит вдоль нормали оболочки. При этом радиус кривизны оболочки настолько велик, что ее можно рассматривать как плоскую стенку большой длины и высоты.
Таким образом, моделируемый процесс сводится к одномерной задаче нестационарного переноса теплоты, который описывается уравнением энергии в одномерном виде:
дИ дщл,
Р— =---------+ Чу, (1.3.7)
дт дх
где к - энтальпия (теплосодержание) материала, образующего слой; - тепловой поток вдоль нормальной плоскости слоя координаты; qv - количество теплоты, выделяемое внутренними источниками.
Уравнение энергии представляет собой дифференциальное уравнение первого порядка, для решения которого традиционно используются числен-