Результатом выполнения всего лабораторного цикла является Excel-книга. Книга содержит электронную базу данных о теплофизических свойствах азота при атмосферном давлении и 9 лабораторных работ (листов Excel), каждая из которых представляет собой законченный математический эксперимент с результатами и иллюстрациями. Отчет о выполнении работ оформляется в редакторе Word и сдается на проверку на бумажном носителе.
Excel-книга остается в распоряжении учащихся и является основой для расчетов в рамках курсового проекта по дисциплине «Криогенные аппараты медицинского назначения».
Навыки, полученные в рамках выполнения лабораторного практикума, приучают студентов к широкому применению информационных технологий при решении инженерных задач.
Цель лабораторной работы: составление алгоритма расчета коэффициента конвективной теплоотдачи, изучение влияния физических факторов на интенсивность отвода теплоты.
Работа выполняется в два этапа:
1. Построение алгоритма расчета коэффициента теплоотдачи;
2. Исследование интенсивности конвективной теплоотдачи в различных условиях.
Основу выполнения работы составляют положения теории конвективного теплообмена и база стандартных данных теплофизических и транспортных свойств азота [1].
Исследования, направленные на оптимизацию процессов, протекающих в медицинских системах, основаны на математическом моделировании нестационарной передачи теплоты от объекта охлаждения к газообразному теплоносителю. Процесс передачи теплоты основан на конвективном переносе энергии. Учитывая многообразие вариантов реализации криомедицинских технологий, конвекция газа может быть вынужденной или естественной.
Эффективность конвективного отвода теплоты определяется градиентом температур между объектом и газом-теплоносителем ∆Т2-1 и величиной коэффициента теплоотдачи. Плотность теплового потока с поверхности тела определяется по формуле:
q2-1 = a(Т2 – Т1), (1)
где Т2,
Т1 – соответственно температура объекта охлаждения и газа-теплоносителя;
– коэффициент
теплоотдачи.
В условиях естественной конвекции величина коэффициента теплоотдачи в основном зависит от градиента температур
a = f(∆Т2-1) (2)
В условиях вынужденной конвекции определяющую роль играет скорость движения газа:
a= f(Т1,w1,Y2), (3)
где Y2 – высота объекта охлаждения; w1 – скорость
Применительно к рассматриваемому кругу задач расчет коэффициента теплоотдачи необходим для определения граничных условий нестационарного переноса теплоты в объекте криомедицинского воздействия [2]. Математическая модель объекта описывает внешнюю теплоотдачу в виде граничных условий третьего рода:
q2-1= f(τ),
где τ –продолжительность процесса теплоотдачи.
Для достоверного моделирования процесса криомедицинского воздействия (КВ) необходимо описать изменение величины q2-1 во времени. На практике это описание сводится к вычислению q2-1 для каждого момента времени моделируемого процесса. Изменение температуры поверхности объекта КВ сопровождается уменьшением плотности теплового потока, поэтому вычисления необходимо проводить с малым шагом по времени ∆τ < 1.
Для описания внешнего отвода теплоты можно использовать стандартные методики, рекомендованные для расчета коэффициента теплоотдачи в условиях свободной и вынужденной газовой конвекции.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.