Введение к работе
Актуальность работы. Общая криотерапия - физиотерапевтическая технология, основанная на искусственном охлаждении поверхности кожного покрова человека, процедура имеет беспрецедентно широкий список медицинских показаний к применению, не дает негативных побочных эффектов, совместима с традиционным лечением, это определяет высокую потребность общества в специализированной технике. Производство систем для ОКТ долгое время развивалось спонтанно, без теоретического обоснования известных из практики эффектов, определения количественных связей между технологическими параметрами процесса и достигаемым позитивным результатом.
В результате такого развития современные технологические и конструктивные решения крайне противоречивы и не поддаются систематизации.
Эмпирическое развитие этого направления криомедицинской техники является причиной многочисленных ошибок в выборе инженерных решений.
Существуют множественные примеры производства аппаратов, которые по своим температурным и энергетическим характеристикам не способны обеспечивать достижение лечебного эффекта. Развитие производства криотерапевтических систем в России нуждается в четких и обоснованных технологических рекомендациях.
С учетом высокого социального и гуманитарного значения эффективности и безопасности аппаратов для реализации метода общего криотерапевтического воздействия (ОКБ) необходимо добиваться определения четких требований к температурному уровню и энерговооруженности систем криоста-тирования.
Для защиты внутреннего рынка России от некачественной аппаратуры температурные и энергетические характеристики системы охлаждения должны быть утверждены на уровне Министерства Здравоохранения Российской Федерации. Формулировка строгих рекомендаций по температурному уровню и энерговооруженности аппаратов для ОКБ требует подробного экспериментального обоснования. Исходя из этого, актуальность работы очевидна и обоснована.
Цель работы. Целью исследования является выбор и обоснование способа отвода теплоты из объема исполнительного устройства аппарата для ОКБ, определение оптимальной энерговооруженности системы криостатиро-вания, подбор эффективных рефрижераторных циклов.
Задачи исследований. Для решения поставленной цели необходимо выполнить следующие исследования:
-
Выполнить обзор литературы и анализ современного состояния техники и технологии общей криотерапии, определить основные параметры технологического режима, сформулировать тепловую задачу охлаждения, описать существующие варианты решения задачи криостатирования исполнительного устройства (ИУ) криотерапевтического комплекса;
-
Разработать физические и математические модели ИУ криотерапевтического комплекса и системы криостатирования (СК), программное обеспечение для моделирования технологического цикла для аппарата для ОКТ;
-
Исследовать процессы переноса теплоты при использовании одноместных и многоместных ИУ;
-
Определить величину минимальной тепловой нагрузки на систему криостатирования криотерапевтического комплекса;
-
Выбрать и обосновать схему размещения пациента в объеме ИУ;
-
Исследовать энергоэффективность различных вариантов отвода теплоты из объема ИУ;
-
Определить наиболее эффективный цикл криостатирования ИУ аппарата для ОКТ.
Идея работы состоит в организации многофакторного численного эксперимента по исследованию тепловых процессов в исполнительном устройстве криотерапевтического комплекса при разных вариантах организации ОКБ и отвода теплоты.
Научная новизна:
-
Исследованы тепловые процессы, возникающие при реализации ОКБ в одноместных и многоместных кабинах;
-
Разработаны физическая и математическая модели исполнительного устройства криотерапевтического комплекса, учитывающие особенности объекта охлаждения, тепловую энерцию охлаждения кабины, технологические потери газа теплоносителя;
-
Выявлены и обоснованы энергетические преимущества одноместных криотерапевтических комплексов;
-
Определена минимальная тепловая нагрузка на систему криостатирования кабины криотерапевтического комплекса;
-
Исследованы и сопоставлены различные варианты переноса теплоты из объема ИУ к системе криостатирования;
-
Доказана энергоэффективность конвективного переноса теплоты из объема ИУ в систему криостатирования;
-
Выбран и обоснован энергоэффективный способ получения газообразного теплоносителя.
Практическое значение. Комплекс полученных данных о тепловых процессов, сопровождающих процесс криогенного охлаждения поверхности объекта ОКБ позволил определить причинно-следственные связи между энерговооруженностью системы криостатирования и лечебной эффективностью аппаратов для ОКТ, выявить структуру затрат энергии, определить способы оптимизации конструкции криотерапевтических комплексов. Обоснование требований по энерговооруженности систем криостатирования ИУ обеспечивает условия для организации в России производства конкурентоспособного криотерапевтического оборудования. Внедрение разработанных технологических рекомендаций при производстве комплекса «КАЭКТ - 01 Крион» создало условия для экспорта оборудования за рубеж, в том числе в страны, обладающие собственным производством криотерапевтической аппаратуры. Выработанный математический аппарат и программное обеспечение численных экспериментов создают научную базу для проектирования новых видов криотерапевтических систем.
Внедрение Результаты работы внедрены при производстве криотерапевтических комплексов «КАЭКТ - 01 Крион» в ООО «НЛП КРИОН». Программное обеспечение исследований используется при обучении студентов и магистрантов по специальности 140401.
Апробация работы: Материалы работы докладывались на международных конференциях «Криотерапия в России» в 2008- 2012 годах, всего сделано 6 докладов. Доклады по теме исследований были представлены на международной научной конференции «Холодильная криогенная техника, промышленные газы, системы кондиционирования и жизнеобеспечения» (МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2010 год), на IV ежегодной научно-практической конференции с международным участием «Новое в практической криомеди-цине» (Москва, 2010 год), на международной конференции «Инновации в холодильной технике» (МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2012 год).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 3 работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, приложения и содержит 120 страниц машинописного текста, 43 рисунка, 11 таблиц.
