автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Повышение эффективности работы блока подготовки теплоносителя в установке для аэрокриотерапии

Содержание работы.

Список аббревиатур.

Введение.

Глава 1. Криотерапевтические установки.

1.1. Криотерапевтические процедуры и их лечебная эффективность.

1.2. Обзор установок для аэрокриотерапии (УАКТ).

Выводы по гл.1.

Глава 2. Анализ работы аэрокриотерапевтического комплекса

К АЭКТ-01 -КРИОН».

2.1. Описание устройства и принципа работы УАКТ.

2.2. Анализ путей совершенствования УАКТ.

2.3. Включение регенератора в состав УАКТ.

Выводы по гл.2.

Глава 3. Экспериментальные исследования насадки для регенератора

УАКТ.

3.1. Регенератор для УАКТ. Особеннности работы и расчета.

3.2. Выбор типа насадки для регенератора УАКТ.

3.3. Методика определения параметров исследуемой насадки.

3.4. Задачи экспериментального исследования гидравлического сопротивления спиральной алюминиевой насадки.

3.5. Описание экспериментальной установки . Методика проведения эксперимента.

3.6. Экспериментальные данные и их обработка.

3.7. Оценка погрешностей экспериментальных данных.

3.8. Анализ полученных из эксперимента результатов и выводы.

Выводы по гл. 3.

Глава 4. Математическое моделирование процесса теплообмена в регенераторе УАКТ.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Математическая модель регенеративного теплообмена.

4.3. Расчет локальных коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления в условиях нестационарного теплообмена.

4.4. Программа расчета процесса нестационарного конвективного теплообмена в регенераторе УАКТ.

4.5. Организация численного эксперимента.

4.6. Проведение численного эксперимента.

4.7. Проверка регенератора на незабиваемость.

Выводы по гл.4.

Первые исследования по оценке влияния искусственного охлаждения (гипотермии) на организм человека начали проводиться во многих странах мира с середины XIX века. Примерно через сто лет исследования в этой области достигли пика активности, а в последние десятилетия XX века даже сформировалось новое направление медицины - криохирургия. Именно криохирургия ассоциируется обычно с применением криогенных температур ( 120 К и ниже ). Действие низких температур при криохирургии носит деструктивный характер и связано с разрушением биологических тканей. Параллельно с криохирургией примерно с 1974 года в мировую лечебную практику вошла криотерапия. Отличительная особенность ее действия на человека состоит в том, что патологические изменения в организме человека отсутствуют, поэтому ее приравнивают к разряду физиотерапевтических процедур.

Изобретение криотерапии как лечебного метода принадлежит частной японской клинике Tasimo Jamauchi (1974 год). Одним из методов криотерапевтического воздействия является помещение больного в специальную криокамеру, внутри которой в течение заданного промежутка времени поддерживается температура на уровне -100.-180 ° С. Использование криотерапии для лечения ряда заболеваний - всех видов полиартрита, заболеваний и ожоговых поражений кожи, целлюлитов, при снятии абстинентного синдрома, для облегчения периода ломки у наркотических больных дает положительный эффект. Кроме того, данный метод оказывается эффективным и для закаливания организма .

Механизмы действия криотерапии до сих пор являются полем для дискуссий медицинских специалистов. Однако, несомненно, что метод имеет перспективы в медицине. Это связано с тем, что само воздействие низких температур на организм человека не является активным методом лечения, но стимулирует реакцию защитных сил организма. Изучено, что при криотерапии успевает охлаждаться лишь тонкий слой кожи (эпителий) пациента, в котором расположены тепловые рецепторы (нервные окончания). Реакция организма на процедуру начинается уже после ее окончания и продолжается от 3-х до 6-ти часов . По сути речь идет об имитации катастрофического переохлаждения. Далее начинается ряд физиологических реакций организма, приводящий к упомянутым лечебным эффектам. Клинические испытания продолжают пополнять список заболеваний, при которых отмечен положительный эффект криотерапии [13]-[14].

Практическое осуществление этой процедуры производится в различных криотерапевтических установках, в которых осуществляется воздействие на наружный кожный покров пациента холодным газовым потоком, имеющим температуру порядка 100. 160 К. Как будет показано ниже, в настоящее время используются криотерапевтические установки с различным конструктивным оформлением, отличающиеся условиями подачи в них потока холодного газа. 7

При оценке эффективности их работы важным фактором являются экономические затраты на проведение каждой процедуры. В данном случае экономика зависит от способа обеспечения необходимой холодопроизводительно-сти и от материальных затрат на ее проведение.

Таким образом можно заключить, что в настоящее время необходимо не только разрабатывать наиболее эффективные конструкции криотерапевтических установок, которые бы обеспечивали требуемое температурное воздействие на пациента, но добиваться того, чтобы экономические затраты на проведение процедуры были бы минимальными.

Так как основная часть экономических затрат связана с обеспечением подачи к пациенту теплоносителя заданных параметров, то представляется целесообразным провести исследование в направлении возможного снижениия материальных затрат, связанных с более эффективной подготовкой и подачей теплоносителя к пациенту.

Этому вопросу и посвящена данная диссертационная работа.

Основные выводы.

1. В настоящей работе проведен анализ технической и медицинской литературы по вопросам применения нового физиотерапевтического метода лечения с использованием криогенных температур - аэрокриотерапии (АКТ). На его основе выявлены приоритетные направления совершенствования установок для проведения аэрокриотерапии (УАКТ) и предложено использовать регенератор для повышения эфективности использования криоагента в УАКТ.

2. Предложена к применению в регенераторах УАКТ высокопористая нерегулярная насадка - спиральная алюминиевая насадка (САН), сконструирован экспериментальный стенд для ее испытаний и проведено исследование ее гидравлического сопротивления.

3. Проведен сопоставительный анализ гидравлических характеристик насадок типа САН и традиционных насадок, применяемых в криогенной технике, на основе которого отобраны типы насадок, наиболее соответствующие требованиям регенератора УАКТ.

4. Составлена математическая модель теплообмена в регенераторе УАКТ, на которой проанализированы различные режимы работы на отобранных типах насадок. На основании проведенного численного эксперимента сделан вывод о наличии режимов работы регенератора, позволяющих ощутимо снизить удельный расход криоагента на проведение процедуры АКТ.

5. Проведен оценочный расчет на незабиваемость насадки влагой в виде снега, который показал, что нарушения работы регенератора происходить не будет.

1. Алексеев В.П., Вайнштейн Г.Е. Расчет и моделирование аппаратов криогенных установок. J1.: Энергоатомиздат, 1987. 277с.

2. Амелин Л.Н., Кашников A.M., Титкова О.П. Характеристика промышленных насадок для ректификации термически нестойких веществ М.: НИИТЭ-Хим., 1972. 15 с.

3. Архаров A.M., Архаров И.А., Беляков В.П. и др. Криогенные системы. Т.2. Основы проектирования аппаратов, установок и систем /Под общ.ред. A.M. Архарова и А.И. Смородина. М.: Машиностроение, 1999. 720 с.

4. Архаров A.M., Марфенина И.В., Микулин Е.И. Теория и расчет криогенных систем. М.: Машиностроение, 1987. 536 с.

5. Авт.свид. СССР № 899104. Насадка для тепломасообменных аппаратов.// В.А.Мамий, В.А.Щелкунов, С.А.Круглов. Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. Бюл. № 34 ВНИИПИ. М.: 1982.

6. Авт.свид. СССР №701675 Насадка для тепло-и масообменных процессов. // А.С.Пушнов, А.М.Каган, А.С.Меньшиков и др. Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. Бюл. № 31 ВНИИПИ. М.: 1979.

7. Баранов А. Ю. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук « Разработка аппаратуры воздухоподготовки для систем общего криотерапевтического действия » . Л.: ЛТИХП, 1991. 142 с.

8. Баранов А. Ю., Бессонов С. А. Оборудование для общей и локализованойкриотерапии. //Тезисы докладов международной конференции «Холодильная техника России, состояние и перспективы накануне XXI века». СПб. СПбГУНи ПТ. 1998. С. 42.

9. Баранов А.Ю., Бессонов С.А., Сергеюк Р.А. Методы утилизации теплоты перегрева отбросных газовых потоков в установках аэрокриотерапии.//Тезисы докладов международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию СПбГУНиПТ. 2001. С. 33-34.

10. Баранов А.Ю., Бессонов С.А. Применение центробежных вентиляторов в аэрокриотерапевтических комплексах «КАЭКТ-01-КРИОН».//Теплоэнергоэф-фективные технологии. СПб.АЦТЭТ. 2001. №2. С. 39-41.

11. Баранов А.Ю., Бессонов С.А. Анализ вариантов криоснабжения аэрокриотерапевтических комплексов «КАЭКТ-01-КРИОН».//Тезисы докладов международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию СПбГУН иПТ. 2001. С. 37-38.

12. Баранов А.Ю., Кидалов В.Н. Лечение холодом. Криомедицина. СПб.: Атон, 1999. 272 с.

13. Баранов А.Ю., Кидалов В.Н. Лечение холодом. М.: ООО «Издательство Ас-трель», ООО «Издательство ACT», 2000. 160 с.

14. Баранов А.Ю., Малышева Т.А. Моделирование изменений поля температур покровных тканей человека при криотерапевтическом воздействии.//Сб. науч. тр. «Медицинская криология». Н. Новгород. 2001. Вып.2. С.34-39.

15. Баранов А.Ю., Малышева Т.А. Моделирование нестационарного теплообмена в криомедицине.//Вестник MAX. М. 2000. Вып.2. С. 38-41.

16. Баранов А.Ю., Суслов Л.Т. Анализ тепловой нагрузки на блок подготовки теплоносителя в устройствах криотерапевтического действия.//Вестник MAX. М. 1999. Вып.1. С. 33-36.

17. Баранов А.Ю., Трубников С.Н. Оптимизация технологии аэрокриотерапевтического воздействия.//Сб. науч. тр. «Медицинская криология». Н. Новгород. 2001. Вып.2. С. 40-53.

18. Бессонов С.А., Пахомов О.В. Экспериментальное исследование гидравлического сопротивления насадки для регенератора УОКТ.//Вестник СПбГУНиПТ. 2000. С. 63-68.

19. Вентиляторы и воздушно-отопительные агрегаты. Каталог-справочник М.: Объединение «Машмир», 1992. 219 с.

20. Герш С .Я. Глубокое охлаждение. Учебник для вузов./3-е изд. М.-Л.: Гос-энергоиздат. Ч. I, 1957. 392 с.

21. Герш С.Я. Глубокое охлаждение. Учебник для вузов./ 3-е изд. M.-JL: Гос-энергоиздат.Ч. II, 1960. 496 с.

22. Гладилыцикова С.В. Насадки массообменных аппаратов для нефтепереработки и нефтехимии //Обзорная информация. Сер. ХМ-1. Химическое и нефтеперерабатывающее машиностроение. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1983. 49 с.

23. Глизманенко Д.Л. Кислород . М.: Металлургия. Ч. I, 1967, 422 с.

24. Григорьев В.А., Крохин Ю.И. Тепло- и массообменные аппараты криогенной техники. М.: Энергоиздат, 1982. 312 с.

25. Григорьева. В. Д. Криотерапия. //Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физкультуры. 1991. № 5. С. 65-73 .

26. ГСССД. Азот жидкий и газообразный. Плотность, энтальпия, энтропия и изобарная теплоемкость при температурах 70-1500 К и давлениях от состояния разреженного газа до 200 МПа. М.: Издательство стандартов, 1978. 12 с.

27. Елухин Н.К., Старосвитский О.И. Теплоотдача и гидравлическое сопротивление в дисковых насадках регенераторов. //Аппараты и машины кислородных установок . Тр. ВНИИКИМАШа. М. 1963 . Вып. 7. С. 75-89.

28. Елухин Н.К., Старосвитский О.И. Теплоотдача и гидравлические сопротивления в регенераторах с насыпными насадками воздухоразделительных установок. //Аппараты и машины кислородных установок. Тр. ВНИИКИМАШа. М. 1962. Вып. 5. С. 36-59.

29. Жаворонков Н.М. Гидравлические основы скрубберного процесса и теплопередача в скрубберах . М., Советская наука, 1944. 224 с.

30. Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. M.-JI., Наука , 1965. 80 с.

31. Захаров B.JI. Гидродинамика и массопередача в насадочных колоннах с низким гидравлическим сопротивлением.// Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.08. 1986. 25 с.

32. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергоиз-дат, 1981. 416 с.

33. Каган А. М. Нерегулярные металлические насадки для тепломассообменных процессов. Серия «Азотная промышленность». М.: НИИТЭХим, 1985. 25 с.

34. Каталог продукции OSTBERG «THE FAN COMPANY». СПб.: Арктика, 2000. 62 с.

35. Кафаров В.В. Основы массопередачи . М.: Высшая школа, 1972 . 494 с.

36. Курепин В.В., Куцакова В.Е. Расчеты в лабораторных работах. Методические указания для студентов всех факультетов. /Под ред. Платунова Е.С. Л.: ЛТИХП, 1990. 22 с,

37. Курепин В.В., Куцакова В.Е. Справочный материал к методическим указаниям к выполнению лабораторных работ для студентов всех факультетов. /Под ред. Платунова Е.С. Л.: ЛТИХП, 1990. 30 с.

38. Максимов А.П., Кирьянова В.В. Аэрокриотерапия. Учебное пособие. СПб.: СПбМАПО, 2000. 14 с.

39. Справочник по физико-техническим основам криогеники./Под ред. М.П.Малкова. М.: Энергия, 1985. 431 с.

40. Новотельнов В.Н., Акулов Л.А., Борзенко Е.И. Теплофизические свойства воздуха. Раздаточный материал для выполнения курсового и дипломного проектирования по криогенным машинам и установкам. Л.: ЛТИХП, 1989. 29 с.

41. Новотельнов В.Н., Суслов А.Д., Полтараус В.Б. Криогенные машины. СПб.: Политехника, 1991. 335 с.

42. Патент ФРГ № 3 641 293 А 61 F 7/00 DE (16.06.88). Опубл. в ИСМ. М. 1989. Вып. 14. №2.

43. Патент ФРГ № 3 534 629 А 61 F 7/00 DE (14.05.87). Опубл. в ИСМ. М. 1988. Вып. 14. №2.

44. Патент ФРГ № 3 535 699 А 61 F 7/00 DE (04.09.87). Опубл. в ИСМ. М. 1987. Вып. 14. №24.

45. Патент ФРГ № 3 534 630 А 61 F 7/00 DE (02.04.87). Опубл. в ИСМ. М. 1987. Вып. 14. №23.

46. Перечень вентиляторов и комплектующих к ним электродвигателей на 1970 г. Л. 1969. 64 с.

47. Сандомирский Б.П. Холодовое лечение ожогов. Киев: Наукова Думка, 1981. 103 с.

48. Солнцев Ю.П. Конструкционные стали и сплавы для низких температур. М.: Металлургия, 1985. 270 с.

49. Солнцев Ю.П. Материалы в криогенной технике. Л.: Машиностроение, 1982.312 с.

50. Столпер Л.М., Наринский Г.Б. Исследование сопротивления регенераторов с дисковой насадкой крупных ВРУ .//Аппараты и машины кислородных и криогенных установок. Тр. ВНИИКИМАШа. М. 1974. Вып. 14. С. 209^216.

51. Сумбатов Л. А. Искусственная гипотермия: патофизиология и защитное действие. М.: Медицина, 1985. 85 с.

52. Холодильные машины. /Под ред.Тимофеевского Л.С. СПб.: Политехника, 1997.992 с.

53. Хаузен X. Теплопередача при противотоке, прямотоке и перекрестном токе. М.: Энергоиздат, 1981. 383 с.

54. Цуцаева А. А. Криоиммунология. Киев: Наукова Думка, 1988. 174 с.174

55. Чернышев И.С. Криотерапия приходит в наш дом //Медицинская газета. № 101.26.12.97г.

56. Чернышев И.С. Горизонты криомедицины.//Медицинская газета. №32 23.04.97г.

57. Чернышева Е.А.,Туманов А.И. Влияние некоторых факторов на теплообмен в регенераторах воздухоразделительных агрегатов. //Аппараты и машины кислородных установок. Тр. ВНИИКИМАШа. М. 1967. Вып. 11. С. 71-90.

58. Fricke R. Lokale Kryotherapie und Ganzkorperkaltetherapie bei -110 ° С //Luft und Kaltetechnik. 1994. №3. S. 131-135 .

59. Hentschel G. «Physiotherapy». 1987. Bd. 39. № 5. S. 279-282 .

60. Seidel E. « Physiotherapy» . 1988. Bd. 40. № 5. S. 307-313 .