Разработка криотерапевтического комплекса по индивидуальным параметрам объекта воздействия

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский  государственный  университет
 низкотемпературных  и  пищевых  технологий

Кафедра криогенной техники

КУРСОВАЯ РАБОТА

криогенные аппараты и системы медицинского назначения

тема:

РАЗРАБОТКА КРИОТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПО ИНДИВИДУАЛЬНЫМ ПАРАМЕТРАМ ОБЪЕКТА ВОЗДЕЙСТВИЯ

Выполнил:

Студент гр.451                       Ильяхова С.А.

Принял:                                   

  Баранов А.Ю.

Санкт-Петербург

2011-12-06

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

1.  Вес объекта криотерапевтического воздействия, кг……………………82

2.  Рост криотерапевтического воздействия, м…………………………...1,63

3.  Продолжительность непрерывной работы комплекса, сек…………...160

4.  Продолжительность перерыва между сеансами криотерапии, сек……30

СОДЕРЖАНИЕ

1.  Разработка технологического режима криотерапевтического воздействия……………………………………………..

2.  Выбор оптимальной толщины теплового ограждения………….

3.  Исследование расходных и энергетических параметров криотерапевтического комплекса…………………………..

1. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА КРИОТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

1.1. Понятие технологии общего криотерапевтического воздействия

Общее криотерапевтическое воздействие (ОКВ) основано на конвективном охлаждении поверхности тела криогенной газовой средой в условиях естественной или слабовынужденной конвекции. Целью ОКВ является снижение температуры поверхности тела при незначительной потере теплоты от центра организма, что достигается за счет интенсивного отвода теплоты от объекта криотерапевтического воздействия.

Интенсивность охлаждения в условиях естественной конвекции и постоянства размеров объекта охлаждения зависит только от температуры охлаждающей среды – криогенного газа.

В реальных условиях температура газа меняется во времени, что связано с организацией ОКВ, энерговооруженностью криотерапевтического устройства и т.д. Если принимать во внимание подобные частности, результаты эксперимента будут зависеть от конструкции конкретного исполнительного устройства.

Для получения обобщающих результатов и выводов, процесс охлаждения криогенным газом следует рассматривать в идеальных условиях. Принимая допущения, что поле температур газа изотропно и не зависит от  времени, можно определить оптимальный температурно-временной  режим криогенного воздействия.

Исследование процесса ОКВ в идеальном охлаждающем устройстве позволит конкретизировать основные параметры технологического процесса – температура газа и продолжительность охлаждения. Такая конкретизация имеет принципиальное значение, так как технология ОКВ не имеет четкого определения. Разброс температур  теплоносителя,  рекомендуемых разными источниками, составляет около 100 К и колеблется от 90 до 180К. В последнее время для реализации криотерапии предлагают аппаратуру с рабочей температурой 190, 210 и даже 240К.

1.2. Математическая модель объекта криотерапевтического воздействия.

 Применительно к исследуемому процессу оболочка характеризуется следующим образом:

– представляет собой трехслойную структуру, эпителий, жировая ткань и мышцы;

– теплотворная способность эпителия и мышечной ткани равномерно распределена по объему;

– жировая ткань не имеет внутренних источников теплоты.

Объект охлаждения  рассматривается как полуограниченное тело, пассивная граница которого отдалена от наружной поверхности [1].

Средняя масса тканей оболочки составляет до 30% от веса тела – М_о ≈ 24 кг, средняя площадь оболочки – f_о ≈ 1,6 м², средняя толщина покровных тканей составляет δ_о = 0,015 м. Эффективный диаметр тела D₂^*= 17δ_о = 0,255 м, поэтому введенный филологом Павловым И.А. термин «оболочка» необычайно наглядно характеризует физическое назначение покровных тканей.

Представление оболочки в виде полуограниченного тела иллюстрируется схемой, представленной на рис.1.

 Средняя толщина  слоев: эпителий – δ_э = 2 мм, жировой слой –   δ_ж = 10 мм, мышечная ткань – δ_м > 3 мм. Пассивная граница удалена от наружной поверхности на  50 мм. Теплофизические свойства слоев при нормальных условиях приведены в табл. 1 [7].

Рис. 1. Тепловая схема объекта охлаждения

В нормальных условиях через оболочку проходит тепловой поток от ядра тела q_я ≈ 100 Вт/м², поэтому температура поверхности тела выше температуры ядра: t_о > t_я.

Температура ядра постоянна: t_я = 37 ºС. Температура наружной поверхности зависит от интенсивности конвективного отвода теплоты в окружающую среду, обычно t_о  = 32 ºС.

Начальное распределение температуры покровных слоев принято по данным, известным из литературы  [6]. 

Таблица  1

Теплофизические свойства покровных тканей человека