Определение оптимальной температуры криогенного теплоносителя в установках общей криотерапии: Методические указания к лабораторной работе № 3 по курсу «Криогенные технологии в медицине и биологии»

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский  государственный  университет
 низкотемпературных  и  пищевых  технологий

Кафедра криогенной  техники

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ КРИОГЕННОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В

УСТАНОВКАХ ОБЩЕЙ КРИОТЕРАПИИ

Методические указания

к лабораторной  работе №3 по курсу

«Криогенные технологии в медицине и биологии»

для студентов специальности 140401 всех форм обучения 

Санкт-Петербург

2009

УДК 621.59/09/

Баранов А.Ю., Малышева Т.А., Савельева А.В. Определение оптимальной температуры криогенного теплоносителя в установках общей криотерапии: Методич. указания к лабораторной работе №3 по курсу «Криогенные технологии в медицине и биологии» для студентов специальности 140401 всех форм обучения. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2009. – 17с.

Изложена методика  исследования нестационарного переноса теплоты в покровных слоях организма человека под действием внешнего конвективного отвода теплоты, при ограниченной амплитуде изменения температуры объекта охлаждения.

Рецензент

Доктор техн. наук, проф. В.А. Рыков

Рекомендованы к изданию методической комиссией факультета заочного обучения и экстерната.

ВВЕДЕНИЕ

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.

 Уровень рабочей температуры определяется возможностями  конкретной системы криостатирования. Высокие температуры характерны для комплексов с компрессионными системами криостатирования, а если для отвода теплоты используется азотный квазицикл, температура газа составляет около 140 К.

В зависимости от уровня температуры газа рекомендуется различная продолжительность охлаждения: 1,5 минуты при 90 К, 3 минуты  при 140 К, 4–4,5 минуты при 170 К. Разброс технологических параметров говорит о том, что общего представления о целях ОКВ не существует. Постановка эксперимента по моделированию ОКВ при разных температурах, позволяет сформировать обоснованное представление об оптимальной технологии.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ КРИОГЕННОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В УСТАНОВКАХ ОБЩЕЙ КРИОТЕРАПИИ

Целью лабораторной работы является:

¾  исследование влияния выбора температуры криогенного теплоносителя на нестационарный перенос теплоты в объектах ОКВ;

¾  определение максимально допустимой продолжительности ОКВ τ_max, при различных температурах теплоносителя;

¾  исследование тепловых потоков с поверхности и через внутренние границы объекта ОКВ;

¾  оценка изменения полученных температур объекта при максимально допустимой продолжительности ОКВ и различных температурах газа;

¾  составление локальных и интегральных тепловых балансов для иллюстрации влияния температуры теплоносителя.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ №3