Конвективный отвод теплоты при криотерапевтическом воздействии

КОНВЕКТИВНЫЙ ОТВОД ТЕПЛОТЫ ПРИ КРИОТЕРАПЕВТИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Аэрокриотерапия – физиотерапевтический метод, основанный на охлаждении поверхности тела за счет конвективного отвода теплоты к криогенному газу, температура которого составляет 100 – 170 К.  Для безопасности пациентов, охлаждение стремятся локализовать в наружных слоях покровных тканей. Такая локализация обеспечивает высокий физиотерапевтический результат при незначительном переохлаждении внутренних органов.

Температура поверхности кожи регистрируется тепловыми рецепторами и стимулирует формирование ответной реакции организма на криотерапевтическое воздействие. Связь между температурой кожного покрова и интенсивностью лечебного воздействия  представлена в виде математического выражения:

       [epд/c] ,

где Т_эi –текущая температура эпителия, Т_кр – критическая температура, приближение к которой опасно для тканей кожи.

где F  – площадь контакта с газовой средой;τ_max – максимально допустимая продолжительность процедуры.

Диапазон изменения температурного поля покровных тканей ограничен условиями безопасности пациента:

Т_м  ≥   309 К    и     Т_э  ≥ 271 К.

Таким образом, результат криотерапевтического воздействия определяется интенсивностью отвода теплоты с поверхности кожного покрова.

Для количественной оценки интенсивности естественного конвективного теплообмена в большом пространстве рекомендовано выражение

(вставить естеств.конв.)

Для групповых криотерапевтических комплексов характерен естественный конвективный теплообмен между теплоносителем и кожным покровом пациента. Учитывая, что размеры групповой кабины достаточно велики, можно воспользоваться методиками расчета коэффициента теплоотдачи в неограниченном пространстве.

                                          При  турбулентном режиме  коэффициент теплоотдачи определяется из

                                 соотношения [***]

Размеры индивидуальных криотерапевтических систем значительно меньше, поэтому для криостатирования необходимо обеспечивать интенсивную (0,1 – 0,2 кг/с) циркуляцию теплоносителя. Скорость газа, движущегося вдоль поверхности тела составляет от 0,2 до 0,5 м/с, теплоотдача в этом случае определяется вынужденной конвекцией.

(вставить выражение для В.К.)

Сравнивая расчетные значения коэффициента теплоотдачи при вынужденной и естественной конвекции криогенного теплоносителя, можно получить достаточно спорные результаты.

На рисунке 1 приведен график зависимости расчетного значения коэффициента теплоотдачи от температуры теплоносителя при естественной и вынужденной конвекции.

 (Рассчитать и вставить график)

Из рис. 1 видно, что расчетные значения коэффициента теплоотдачи при естественной конвекции значительно выше. Этот результат противоречит практическим наблюдениям за ходом процедур. Для преодоления противоречия было предложено складывать расчетные значения коэффициента теплоотдачи:

Для проверки этого предположения следует выполнить физический эксперимент по измерению скорости охлаждения пластины в кабине криотерапевтического комплекса.

**

Наблюдение за температурой теплоносителя поступающего в кабину пациента показали, что сначала увеличения проходного сечения клапана вызывает монотонное снижение температуры газа. Затем происходит скачкообразное понижение температуры до 120-130 К, и система криостатирования выходит в штатный режим.

Дальнейшее открытие клапана сопровождается проникновение капель криоагента в кабину. Визуальное наблюдение показывает, что в момент выхода системы криостатирования на оптимальный температурный режим сопровождается конденсацией атмосферного воздуха на всасывающем патрубке центробежного побудителя расхода. При дальнейшем раскрытии клапана зона конденсации воздуха распространяется на диффузор. Причиной начала конденсации является смачивание внутренних поверхностей коммуникаций криоагентом, таким образом, зона конденсации показывает уровень подъема капель криоагента из расходной емкости.