Разработка криотерапевтического комплекса по индивидуальным параметрам объекта воздействия, страница 4

Все конструкции следует предварительно исследовать на соответствие технологическому режиму криотерапии, наиболее рациональным методом таких исследований является численный эксперимент. 

Таким образом, к  моменту пуска комплекса его теплоизоляция находится в тепловом равновесии с окружающей средой.

,

До начала процедурного цикла надо не только охладить до рабочей температуры газ, заполняющий полости исполнительного устройства, но и  отвести значительное количество теплоты от теплового ограждения. Чем больше толщина изоляции, тем больше ее теплоаккумулирующая способность. В эксперименте рассматриваются конструкции толщиной от 60 до 240 мм.

Начальные значения энтальпии элементарных объемов, на которые разбита изоляционная конструкция, определяются по величине стартовой температуры  теплового ограждения:

.

В ходе численного эксперимента массив h_3[i] сохраняет информацию о текущем теплосодержании элементарных объемов  теплового ограждения.

 Тепловой поток,  отводимый  с внутренней поверхности изоляции теплоносителем:

,     где     .

Тепловой поток, подводимый к наружной поверхности изоляции из окружающей среды:

,     где     .

Разность тепловых потоков проходящих через граничные сечения изоляции:

.

 Теплота, подведенная к теплоносителю от внутренней поверхности изоляции:

.

 Теплота, подведенная к наружной поверхности изоляции из окружающей среды:

.

 Разность подведенного и отведенного от ограждающей конструкции количества теплоты:

.

2.2.  Алгоритм работы криотерапевтической кабины описан упрощенно:

Изоляционная конструкция кабины находится под воздействием переменной по величине температуры теплоносителя. Во время процедуры температура снижается до уровня 159К. Во время паузы процедуры кабины заполняется атмосферным воздухом, Т₁=Т_ос.

Из-за колебаний температуры газа внутри кабины возникает дополнительный механизм переноса теплоты. В холодный период работы внутренняя часть изоляции охлаждается, а во время пауз нагревается. Чем больше тепловая инерция изоляции, тем большее количество теплоты будет внесено этим способом. Такой механизм переноса теплоты называют реактивным.

Кроме реактивного переноса теплоты существует обычный перенос теплоты теплопроводностью.

Продолжительность непрерывной работы кабины 1-2 часа. Поэтому реактивный подвод теплоты может превышать активный. Для определения оптимальной толщины изоляции выполняем численный эксперимент по моделированию изоляционной конструкции в течение 10 циклов. Продолжительность процедуры принимаем 160 сек. Температуру газа на основании эксперимента 1 равна  159 К. Большую роль играют перерывы. Чем продолжительнее перерывы, тем больше реактивный подвод теплоты. Для данного численного эксперимента принимаем, что пауза между процедурами составляет 30 сек. Для исследования используем математическую модель теплового ограждения, которую получаем путем редактирования математической модели криотерапевтического объекта. В качестве изоляционного материала используем пенополистирол с плотностью 40 кг/м3. Остальные свойства пенополистирола приведены в таблице 2.1. С наружной стороны кабина омывается атмосферным воздухом, температура постоянна и равна 293 К. Полагаем, что в начале эксперимента все участки конструкции имеют одинаковую температуру 292 К. При выполнении эксперимента вычисляем температуру наружной и внутренней поверхности, тепловой поток, введенный из окружающей среды и реактивный подвод теплоты. Полученные данные сводим в таблицу и вводим в виде графиков.

Таблица 2.1.