Разработка криотерапевтического комплекса по индивидуальным параметрам объекта воздействия, страница 6

,

 при котором температура потока теплоносителя  с расходом  

на выходе из теплообменника 4 составляет   

.

Тепловой баланс теплообменника:

Часть потока теплоносителя  после перегрева в кабине сбрасывается в окружающую среду. Циркуляционный поток с температурой  направляется в теплообменник 4 для повторного охлаждения. Тепловой баланс кабины:

Управление температурой газа в кабине осуществляется за счет прекращения и возобновления подачи азота:

Если

Исследование работы КТК сводится к подбору оптимальных значений и  по известным значениям  и .

В ходе эксперимента на листе «Теплоноситель» вычисляется текущая температура газа в кабине. Значение температуры газа предается на листы «Изоляция» и «Теплоноситель». А этих листах вычисляется новое значение температур элементарных участков и тепловой поток, отводимый  к теплоносителю. Расчетное значение величины тепловых потоков возвращается на лист «Теплоноситель», где сводится тепловой баланс процедурной кабины.

В эксперименте моделируется один цикл. Продолжительность процедуры, толщина изоляции и номинальная температура определяются по результатам, выполненных в разделе 1 и 2. Удельная поверхность объекта охлаждения и удельная поверхность изоляции выбираются по данным таблицы 3.1. Исходные данные для численного эксперимента приведены в таблицы 3.2.

Таблица 3.2.

Определяем подвод теплоты теплоносителя от объекта охлаждения:

,

подвод теплоты теплоносителя от изоляционной конструкции:

,

подвод теплоты при заполнении кабины теплоносителем:

,

суммарные затраты азота на охлаждение теплоносителя:

.

Таблица 3.3.

Соотношение компонентов тепловой нагрузки на систему криостатирования иллюстрируется гистограммой (см. рис. 3.3).

Рис. 3.3. Структура тепловой нагрузки на систему криостатирования.

Гистограмма показывает, что основная тепловая нагрузка на систему криостатирования связана с переохлаждением поверхности тела пациента до субтермальной температуры -2ºC.

КПД исполнительного устройства составляет 67%, что указывает на высокую эффективность использования холодопроизводительности системы криостатирования.

Рис. 3.4. Изменение теплового потока от пациента и изоляции за один процедурный цикл.

Максимальная нагрузка на систему криостатирования наблюдается в первые 30 секунд работы комплекса, поэтому выход криосауны на установившийся температурный режим происходит только через 30 секунд от начала процедуры (см. рис. 3.5). Благодаря низкой теплопроводности и плотности материала теплового охлаждения, температура внутренней поверхности кабины близка по значению к температуре криогенного теплоносителя.

Рис. 3.5. Изменение температуры теплоносителя и внутренней поверхности изоляции за один процедурный цикл.