Дипломный проект. Криотерапия

Подождите немного. Документ загружается.

В работе [15] предложено вначале рассчитывать

распределение α

= f (r/h) по уравнениям для ламинарного

пограничного слоя с тем же значением

, что и на преграде :

()

=−

⎛

⎝

⎜

⎞

⎠

⎟

⎛

⎝

⎜

⎞

⎠

⎟

−

102 1

011

033

,Re

(/)

(2.6)

()

=−

⎛

⎝

⎜

⎞

⎠

⎟

⎛

⎝

⎜

⎞

⎠

⎟

−

335 1 288

077

033

,Re ,

(/)

соответственно при h/d≤ 6,2 и h/d ≥ 6,2.

Локальный теплообмен в пристенной радиальной

струе. Эмпирические зависимости, полученные разными

авторами, для теплообмена в этой области приведены в виде

таблицы в [15].

Продольный градиент давления в пристенной радиальной

струе отсутствует, а максимальная скорость в пограничном слое

по мере удаления от критической точки непрерывно снижается

из-за трения на преграде и вязкого

смешения с наружной

стороны. Размещающийся на преграде пограничный слой

является турбулентным и имеет ту особенность. Что скорость на

преграде (у→0) и вдали от нее (у→∞) равна нулю. Решение

интегрального уравнения энергии для турбулентного

пограничного слоя с использованием аналогии Рейнольдса,

соотношения u

=1,32(r/d)

-1

и поправки на Pr

приводит к

следующей зависимости для локального теплообмена при

r/r

∗

>2 [15]:

rdrr

=+−

⎡

⎣

⎢

⎤

⎦

⎥

∗∗

∗

−

0 074 15 8

238

05 08

075

125

025

0 625 0 375

,PrRe

(/)(/)

(/ )

,Pr

(/) Re

(2.7)

где r

∗

/d = (h/d)

0,1

при h/d≤ 6,2

∗

/d= 0,34(h/d)

0,7

при h/d> 6,2.

Из условия лучшего согласования с экспериментом в

уравнении (2.7) принято Pr

=0,5.

Формула Чемберлена для этой области [19]:

/α

= exp[-1,56(r/h)

0,75

] (2.8)

область применимости : h/d=5÷20

r/d=8÷17

Re=(5,12÷13,5)*10

3. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

3.1 КРИОГЕННЫЙ АППАРАТ

Изучаемый криогенный аппарат относится к классу

криораспылителей. Он содержит вакуумно-изолированную

емкость для жидкого хладагента, трубку провода хладагента,

на которой закреплена распылительная насадка (сопло).

Внутри аппарата расположен электронагреватель,

предназначенный для генерации азотного пара. Трубка

подвода криоагента имеет U- образную форму, для того, что

бы минимизировать температуру

исходящего пара.

В основу разработки были заложены несколько

требований к криохирургическому аппарату [20]:

1.Аппарат должен обеспечивать высокую медицинскую

эффективность криовоздействия и поэтому должен

обладать большой хладопроизводительностью.

2.Аппарат должен быть универсальным для разрушения

патологических очагов с наружной локализацией - от

опухоли, имеющей толщину 5-7 мм, до небольшого

косметического дефекта. Поэтому хладопроизводитель-

ность должна быть варьируема.

3.Аппарат должен быть удобным для пользователя,

поэтому:

 он не должен создавать каких-либо ограничений при

работе врача (3.1);

 любой дискомфорт для врача и пациента должен быть

исключен (3.2);

 время, затрачиваемое на немедицинские манипуляции

должно быть минимальным (3.3);

Выполнение требований госстандартов по безопасности

и надежности полагается само собой разумеющимся.

Ниже приводятся технические решения,

обеспечивающие выполнение базовых требований (цифры в

скобках указывают, какое требование удовлетворяется данным

решением).

В качестве криоагента в аппаратах МКК применен

жидкий азот, использование которого обеспечивает наи-

большую хладопроизводительность по сравнению с при-

менением других криоагентов (1). Температура струи на срезе

сопла достигает

-150

С.

Варьирование хладопроизводитиельности возможно

благодаря регулированию напряжения. При более высоких

значениях мощности мы получаем большую

хладопроизводительность, такой режим может поддерживаться

во время всей операции (2).

Криоагент так же экономится благодаря тому, что в

потоке отсутствуют капли жидкого азота, которые при

контакте могут отражаться от поверхности биологической

ткани (3.3). Время непрерывной (т.е. без дополнительной

заливки криоагента) работы аппарата - от восьми до

двенадцати минут. За это время расходуется 280 мл. жидкого

азота.

Малый расход криоагента позволил не применять

постоянную линию подачи жидкого азота из транспортного

сосуда Дьюара в криоинструмент, что затрудняло бы работу

врача

(3.1).

Криоинструмент компактен, при полной заливке азотом

его масса не превышает 1,2 кг. Он сбалансирован по массе для

исключения вращательного момента (3.2) и может быть

отклонен от вертикальной оси на угол 45-55 градусов даже при

полной заливке.

Криоинструмент вакуумно изолирован от окружающей

среды, поэтому жидкий азот сохраняется в нем в течение 3

часов. Это позволяет

избежать необходимости заливки

жидкого азота перед каждым пациентом (3.3).

Входное отверстие трубки подвода хладоагента

расположено выше уровня жидкого азота, что не допускает

попадания капель в струю (3).

Схема криораспылителя приведена на рис. 3.1., где

введены следующие обозначения:

1- жидкий азот

2- заливочный патрубок

3- пробка заливочного патрубка

4- рычажок сброса давления

5- трубка подвода хладоагента

6- сопло

7- входное отверстие трубки подвода хладоагента

8- нагреватель

9- регулировочно-предохрнительный клапан

10- крышка

11- внутренняя оболочка вакуумной теплоизоляции

12- наружный слой

13- активированный уголь

Рис. 3.1 Схема криораспылителя

3.2 СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Схема экспериментальной установки представлена на

рис.3.2. Криораспылитель установлен таким образом, что ось

струи была перпендикулярна к поверхности желатиновой

ванны. Угол наклона этой поверхности к горизонтали

составлял 45

Рис. 3.2 Схема измерительной установки

1 - криораспылитель

2 - модельная среда

3 - штатив с подставкой

4 - коммутатор

5 - милливольтметр

3.3 РАСПОЛОЖЕНИЕ И УСТАНОВКА ТЕРМОПАР.

МОДЕЛЬНАЯ СРЕДА.

Для измерения температуры тел широко применяются

различные конструкции термоэлектрических термометров. При

измерении температуры необходимо иметь в виду, что

термопремник может нарушить первоначальное распределение

температур в контролируемом объекте. В следствии этого

может иметь место

методическая погрешность и температура

чувствительного элемента термоприемника будет отличаться

от действительной температуры тела. Методическая

погрешность измерения температуры тела зависит от ряда

причин. Основными являются отвод или подвод тепла по

термоприемнику вследствие теплопроводности и теплообмен

теплоприемника с окружающей средой. Точность измерения

поверхностной температуры зависит так же от конструкции

термоприемника, способа его

монтажа на поверхности объекта,

точности вторичного прибора и условий измерения.

При измерении температуры поверхности чувстви-

тельный элемент термоприемника должен иметь хороший

тепловой контакт с поверхностью объекта. Термоприемник не

должен вызывать в месте измерения изменений температуры

как вследствие отвода от него или подвода к нему тепла, так и

вследствие изменения теплообмена поверхности с окружающей

средой. Согласно литературным данным [21, 22] наиболее бла-

ориятным вариантом установки термоэлектрического тер-

ометра является изображенный на рис.3.3а. В этом случае

погрешность за счет теплоотвода уменьшится до минимума.

Здесь термоэлектроды прокладываются на длину не

менее 150

- 200 их диаметров. В этом случае так же имеет место

теплоотвод по термоэлектродам термоприемника, но здесь

тепло поступает в них по всей длине соприкосновения

термоэлектродов с поверхностью, вследствие чего телоотвод

от рабочего конца термоэлектрического термометра

значительно уменьшится.

Рис.3.3 Принципиальные схемы расположения

термоэлектрических термометров

А) на поверхности

Б) внутри тела

1 - спай термопары

2 - термоэлектроды

Для того чтобы методическая погрешность

отсутствовала, или была сведена к минимуму при измерении

температуры в определенном месте внутри тела,

термоприемник не должен нарушать температурного поля

вследствие влияния теплоотвода вдоль него. Между

теплоприемником и телом должен быть обеспечен хороший

контакт. Специальных публикаций по исследованию

погрешностей измерения с

учетом конструктивных осо-

бенностей термоприемника при его расположении по схеме

3.3.б в настоящее время не найдено.

Согласно [22] инерционность ТХК составляет величину,

не превышающую сотых секунды, что существенно меньше

времени, затрачиваемого на считывании показаний

милливольтметра. Следовательно, инерционностью термопар

можно пренебречь.

На основе полученного материала была создана

установка, приведенная на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Схема расположения термопар в установке

0 5 15

Установка представляет собой пластиковый

цилиндрический сосуд, диаметром 14 см. , в котором установ-

лены термопары. Термопары № 0, 3, 8 расположены на оси

сосуда, на расстоянии 0, 3 и 8 мм. соответственно от

поверхности. Термопары № 5, 15 расположены на поверхности,

на расстоянии 5 и 15 мм. соответственно от центра.

В качестве модели биологической среды был выбран

1.5% раствор желатина в воде.

Такая модель считается

наиболее подходящей для имитации тканей [5,6,7,23,24], ее

выбор объясняется следующими обстоятельствами: основной

составляющей биологической ткани является вода. Поэтому,

естественным было бы использование в качестве модели

именно воды. Однако такая модель имеет существенный

недостаток - под действием перепада температур в воде

возникает конвекция, что не соответствует реальным

процессам в тканях. Поэтому

было предложено использовать

(связанную( воду. Для этих целей идеально подходит 1.5 %

раствор желатина (низкий процент содержания желатина не

нарушает основных теплофизических свойств мы получаем

модель в которой не возникает конвективных потоков).