Математическая модель исполнительного криотерапевтического комплекса, страница 7

Рис. 2.5.6  Зависимость  величины холодильного коэффициента компрессионного от уровня криостатирования.

В эксперименте предполагается проанализировать работу комплекса не только с компрессионными, но и  с жидкостными охладителями, для которых достаточно трудно определить зависимость между затратами энергии и отведенной теплотой. Так как затраты энергии на производство криоагента реализуются за пределами медицинских учреждений, определение этих энергозатрат не имеет практической ценности. Из-за того, что при производстве криоагента теплота его парообразования отводится на уровне температур 80 К, что значительно ниже уровня криостатирования теплообменного устройства,  энергетическая эффективность азотных жидкостных систем охлаждения  значительно ниже компрессионных рефрижераторов:

Приблизительная оценка величины  может быть основана на зависимости величины удельной теплоотводящей способности криоагента от температуры теплообменника .  Величина  определяется как сумма теплоты кипения и теплоты перегрева паров от состояния насыщения до температуры криостатирования:

.

Полагая затраты электроэнергии на производство единицы  массы криоагента , можно определить примерное значение холодильного коэффициента для азотной системы криостатирования:,

 Расчетная зависимость представлена на рис.5 (кривая А).

Рис. 2.5.7  Сравнение энергетической эффективности компрессионных и жидкостных охладителей.

 Для всех рассматриваемых значений температуры криостатирования справедливо:

.

          Рациональное  расходование энергии является важной, но не основной характеристикой  криогенных  физиотерапевтических  комплексов. 

 Рис. 2.5.8  Мощность компрессионного  рефрижератора адекватного азотной системе охлаждения  с расходом криоагента  g_a=1,0 кг/мин.

Возможность отводить значительные тепловые потоки без использования сложного   специального оборудования  определяет конкурентоспособность азотных систем криостатирования. Рассмотрев обратную задачу, можно определить мощность компрессионного рефрижератора равного, по холодопроизводительности, азотному рефрижератору с  заданным  расходом криоагента.  Полагая:

где

 .

 Получим выражение расчета для адекватной мощности  компрессионного рефрижератора:

.

На рис. 2.5.8 приведен график зависимости мощности компрессионной системы криостатирования адекватной по холодопроизводительности азотному охладителю  со средним (см. табл. 2.3.1) расходом  криоагента  g_a=1,0 кг/мин  (g_a=0,0167 кг/с ). Из графика видно, что  использование привозного криоагента позволяет значительно снизить установленную мощность криотерапевтического комплекса. Сочетание высокой энерговооруженности с низким потреблением электроэнергии является основным преимуществом жидкостных охладителей.

Из графика видно, что  использование привозного криоагента позволяет избежать применения  в медицинских учреждениях громоздких и энергоемких систем.

          Анализ данных таблиц 2.3.2 и 2.3.3 показывает, что средний расход криоагента (g_a=1,5 кг/мин) приписывается установкам с разной вместимостью и размерами. Не просматривается  количественная связь между тепловой нагрузкой и заявленными расходными характеристиками системы охлаждения, поэтому определение номинальных затрат криоагента на разных этапах работ комплекса имеет такое практическое значение, как расчет номинальной мощности компрессионного рефрижератора. Для того, чтобы организовать универсальный численный эксперимент, в математической модели теплообменника для имитации работы системы криостатирования будет использована удельная величина холодопроизводительности системы криостатирования, которая в последствии будет пересчитываться  в значения удельной мощности и удельного расхода криоагента.