Закономірності процесу помірного охолодження органічних матеріалів з фіксованою границею розподілу фаз

Національний технічний університет “ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

 

Горбунов Костянтин Олександрович

 

УДК 536. 2

 

 

Спеціальність 05. 17. 08 – Процеси та обладнання хімічної технології

 

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

 

Харків – 2002

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі загальної хімічної технології, процесів та апаратів Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” Міністерства освіти та науки України, м. Харків

 

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Товажнянський Леонід Леонідович,

Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, ректор, завідувач кафедри загальної хімічної технології, процесів та апаратів. 

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, Фокін Віталій Сергійович, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, професор кафедри теплотехніки;

кандидат технічних наук, Анохін Георгій Олексійович, Відкрите акціонерне товариство “Український науково-дослідний інститут хімічного машинобудування, УкрНДІХіммаш” Державного комітета промислової політики України, головний спеціаліст, м. Харків.

Провідна установа: Науково-дослідний та проектний інститут хімічних технологій Державного комітета промислової політики України, м. Северодонецьк

Захист дисертації відбудеться “07” травня 2002 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64. 050. 05 у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут” за адресою: 61002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.

Автореферат розісланий “02” квітня 2002 р.

 

 

Актуальність теми. На сьогодняшній день помірне охолодження застосовується в багатьох галузях. У харчовій промисловості використовується для охолодження, заморожування, транспортування та зберігання на тривалий час різноманітних продуктів, а також виробництва сухого льоду. У біомедицині – для біологічного синтезу, збереження органічних матеріалів обмеженого терміну життя, до яких пред’являються жорсткі вимоги щодо зберігання. У медицині помірне охолодження знайшло застосування для зруйнування тканини органічного походження – некрозу. Цей ефект досягається за допомогою природного охолодження шляхом теплообміну з охолоджуючою середою, або штучним охолодженням. Засоби природного охолодження засновані на використанні сніга або льоду. Внаслідок розвитку штучного охолодження засоби природного знаходять обмежене застосування, і тільки у харчовій промисловості. У зв'язку з широким діапазоном технологічних температур для різноманітних об'єктів, що заморожуються, необхідно наперед визначати технічну систему, що забезпечувала б задані температури, а також з максимальною ефективністю використовувала холодильний агент. В багатьох галузях і, зокрема, у медицині, неприпустимо застосування токсичних та вибухонебезпечних робочих середовищ. Означеним вимогам безпеки для здоров’я людини задовольняють азот, аргон, неон, хладони, а також закис азоту, яка отримала в останній час широке розповсюдження.

Однак, незважаючи на широке використання помірного охолодження в різноманітних галузях, практичне його застосування стримується відсутністю вірогідних даних, що дозволяли б прогнозувати результати кріовпливу з необхідною точністю. Недостатньо також інформації щодо інтенсивності тепловіддачі холодоагентів та теплоперенос при проморожуванні органічної тканини, що зумовлюється фазовим переходом і обмеженим числом даних про теплофізичні характеристики матеріалу, що заморожується у діапазоні технологічних температур.

Незважаючи на те, що кріогенна дія в галузі медицини має переваги, існує ряд чинників, що перешкоджають досягненню кращих клінічних результатів, одним з яких слід вважати недосконалість кріоінструменту.

Таким чином, необхідність рішення названих вище задач стала підставою для постановки та проведення комплексного теоретичного та експериментального дослідження процесів тепло-масоперенесення при помірному охолодженні органічних матеріалів, спрямованого на розробку засобу прогнозування результатів кріовпливу, а також вивчення процесу тепловіддачі кріоінструменту з метою її інтенсифікації.

Зв'язок дисертації з науковими програмами, планами і темами. Дисертаційна робота пов’язана з тематикою фундаментальних та прикладних досліджень, що проводяться згідно договору про наукове співробітництво між Інститутом медичної радіології ім. С. П. Григор’єва АМН України та Національним технічним університетом “ХПІ” “Розробка стандартизованих технологій для діагностики та лікування пухлин молочної, щитовидної залоз та геніталій”  (ДР 0197V013672).

Мета дослідження. Метою дисертаційної роботи є рішення задачі теплообміну щодо кріодеструкції органічної тканини для отримання теплових навколоразрахункових характеристик процесу, раціоналізації його проведення та інтенсифікації тепловіддачі кріоінструменту.

Об’єкт дослідження – процес теплопровідності з фазовим переходом I роду щодо помірного охолодження органічних матеріалів.

Предмет дослідження – матеріали органічного походження.

Методи дослідження. В процесі вивчення стану питання в напрямку досліджень, які стосуються цієї дисертації, використовувався метод аналізу; при теоретичних дослідженнях – метод математичного моделювання, який базується на фундаментальних положеннях фізики та теорії теплопровідності; при лабораторних дослідженнях – методи з застосуванням сучасних методик обробки експериментальних даних.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

1. Розробити фізичну модель процесу впливу кріоінструмента на область, що заморожується.

2. Розробити математичну модель, що дозволить отримати залежності глибини некрозу від часу кріовпливу.

3. Експериментально досліджувати холодопродуктивність кріоінструменту та виявити шляхи інтенсифікації його тепловіддачі.

4. Розробити на основі результатів теоретичних та експериментальних досліджень накінцівку кріоінструмента, що дозволить інтенсифікувати тепловідведення та скоротити час кріовпливу та видаток холодоагенту.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі аналізу існуючих засобів охолодження розроблена їх класифікація.

Отримала подальший розвиток математична модель процесу кріодеструкції органічної тканини.

Експериментально визначено теплофізичні властивості тканини, що заповнює прогалину у реологічних властивостях