Разработка криотерапевтического комплекса по индивидуальным параметрам объекта воздействия, страница 5

Оптимальная толщина изоляции обеспечивает минимальный подвод теплоты к низкотемпературной части кабины. Для определения оптимально температуры строим графики зависимости теплопритоков через изоляцию от ее толщины.

Рис. 2.1. Зависимость теплопритоков через изоляцию  в зависимости от ее толщины.

По сумме теплопритоков оптимальное значение толщины изоляции составляет 90 мм. Изоляция меньшей толщины имеет большую активную теплопроводность. Увеличение толщины вызывает рост реактивной составляющей теплопритоков.

Данные выводы справедливы при условии, что установка работает непрерывно всего один час, при уменьшении продолжительности работы в процедурном режиме необходимо увеличить толщину изоляционной конструкции.

Рис. 2.2. График изменения температуры наружной поверхности изоляционной конструкции.

Из графика видно, что конструкция толщиной 60 мм, не обеспечивает качественную изоляцию внутреннего пространства, на графике видны колебания температуры поверхности связанные с изменением температуры газа в кабине.

При изменении температуры газа в низкотемпературной полости кабины, происходит колебание температуры внутренней поверхности изоляции (см. рис. 2.3.). Амплитуда колебаний достигает в первых двух циклах достигает 80К, и нарастает по мере переохлаждения внутренних слоев изоляционной конструкции.

Колебания температуры внутренней поверхности обеспечивают реактивный перенос теплоты из окружающей среды в низкотемпературную полость кабины.

Рис. 2.3. Зависимость температуры наружной поверхности от времени.

3.  ИССЛЕДОВАНИЕ РАСХОДНЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КРИОТЕРАПЕВТЕЧИСКОГО КОМПЛЕКСА

Для определения расходных и энергетических параметров криотерапевтического комплекса используем физическую модель.

Физическая модель объекта исследования это его упрощенный аналог, который используется для построения математической модели.

Для исследования тепловых процессов в КТК используется модель, схема которой приведена на рис.3.1. Тепловая схема представляет КТК как систему источников и приемников теплоты. Основным источником теплоты является объект КТВ (криотерапевтического воздействия).

Рис. 3.1. Схема индивидуального криотерапевтического устройства.

Объект 2 окружен газом-теплоносителем 1, объем кабины заполнен теплоносителем и ограничен тепловым ограждением 3.

Теплота, выделяемая объектом 2 и изоляцией 3, вызывает перегрев теплоносителя 1. Для сохранения температуры теплоносителя в объеме, ограниченном изоляцией 3, предусмотрен контактный теплообменник 4,  в который подается жидкий азот с максимальным расходом .

Для упрощения анализа геометрические характеристики приемников и источников теплоты отнесены к единице объема теплоносителя:

;   . 

Тепловой баланс единицы объема:

,

где - тепловые потоки с единицы поверхности источников или приемников теплоты.

Конструкция кабины описывается с помощью удельных характеристик (см. табл. 3.1).

Таблица 3.1.

Диапазоны выбора удельных характеристик

Индивидуальная кабина заполняется газом периодически. Алгоритм изменения температуры газа в кабине приведен на рисунке 3.2.

Рис.   3.2. Алгоритм работы индивидуального криотерапевтического комплекса.

Криостатирование кабины обеспечивает циркуляционная система охлаждения (см. рис. 3.1.). В контактный теплообменник 4 поступает газ из кабины с температурой . В теплообменник циркуляционный поток газа  смешивается с потоком жидкого азота  в соотношении: