Закономірності процесу помірного охолодження органічних матеріалів з фіксованою границею розподілу фаз

Вперше отримано залежності для прогнозування глибини кріонекрозу від часу кріовпливу для початку та кінця некрозу з урахуванням температури холодоагенту.

Вперше визначений час, необхідний для відновлювання температури тканини органічного походження після заморожування, що дозволить поширити використання засобу кріогенного впливу на такі матеріали.

Інтенсифікована тепловіддача кріозонду шляхом застосування засобів позбільшення тепловіддачі у тонких щілинних каналах стосовно до холодоагентів.

Практичне значення одержаних результатів. Використання отриманих наукових результатів дозволяє застосовувати засіб математичного моделювання у практичній медицині для прогнозування результатів кріовпливу.

У результаті рішення ретроспективної задачі відтавання, визначений час між закінченням процесу кріовпливу та досягненням тканиною критичної температури.

Розроблений кріоінструмент дасть можливість інтенсифікувати тепловідведення, що, у свою чергу, призводить до скорочення часу кріовпливу та на 10 - 12% видатку холодоагенту.

Результати рішення задачі охолодження органічної тканини узагальнені у крітеріальному вигляді з метою прогнозування процесу кріовпливу у різноманітних галузях при використанні широкого спектру кріоінструментів.

Теоретичні результати по визначенню часу кріовпливу, глибини кріонекрозу а також часу відновлення температури підтверджені даними лабораторних досліджень та впроваджені в Інституті медичної радіології ім. С. П. Григор’єва АМН України (м. Харків), а також у навчальному процесі кафедри онкології Харківського державного медичного університету.

Особистий внесок здобувача при виконанні роботи:

1. Обгрунтовано та надано подальший розвиток математичної моделі теплопровідності з фазовим переходом I роду щодо процесу кріовпливу на тканину органічного походження.

2. Отримано залажності для глибини кріовпливу від часу.

3. Шляхом застосування звісних методів інтенсифікації тепловіддачі вдосконалено кріоінструмент.

4. Результати теоретичних досліджень узагальнені у крітеріальному вигляді.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на Українській науково-технічній конференції “Автоматика-99” (Харків, 1999 р.), науково-практичній конференції “Інтегровані технології та енергозбереження” (Алушта, 2001 р.), Всеукраїнській науковій конференції “Успіхи та перспективи розвитку кріобіології та кріомедицини” (Харків, 2001 р.), на засіданні вченої ради Інституту медичної радіології ім. С. П. Григор’єва АМН України (Харків, 2001 р.), а також на науково-технічному семінарі кафедри загальної хімічної технології, процесів та апаратів Національного технічного університету “ХПІ” (Харків, 2002 р.)

Публікації. Основні наукові результати дисертації опубліковані у 8 наукових працях, у тому числі патент України, з них у провідних фахових виданнях України – 5 робіт.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і додатків. Повний обсяг дисертації – 119 сторінок, 2 рисунка на 2 сторінках, 20 рисунків по тексту, 1 таблиця по тексту, 5 додатків на 5 сторінках, 118 найменувань використаних літературних джерел на 11 сторінках.

 

 

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульована мета та визначені задачі дослідження.

У першому розділі проведений огляд та аналіз засобів охолодження, що опублікувалися, та засобів моделювання в різноманітних галузях з метою виявлення тенденцій розвитку даного напрямку й визначення шляхів підвищення ефективності використання засобів кріовпливу.

Встановлено, що, незважаючи на широке використання помірного охолодження, існуючі засоби оцінки та контролю результатів кріовпливу є неефективними, а деякі з них – суперечливими. Недостатньо інформації щодо інтенсивності тепловіддачі холодоагентів та теплоперенос при промороженні органічної тканини, що зумовлюється складністю опису процесів з фазовим переходом та обмеженим числом даних про теплофізичні характеристики матеріалу у діапазоні технологічних температур. У свою чергу, недосконалість кріоінструменту також не дозволяє ефективно використовувати засіб кріовпливу.

Найбільш перспективним засобом аналізу та прогнозування ефективності процесу кріовпливу є математичне моделювання. Це зумовлене тим, що при використанні математичного моделювання як засобу дослідження, відпадає необхідність в постановці великої серії експериментів з наступною обробкою отриманих даних, що вимагають значних матеріальних та тимчасових витрат. При цьому слідує врахувати й неможливість забезпечення повністю ідентичних специфічних умов проведення кожного експерименту для розглядуваної задачі.

Незважаючи на існування великої номенклатури холодильних систем різноманітних типів та конструкцій, немає єдиної класифікації та систематизації засобів охолодження через велику кількість ознак, за якими можна та необхідно їх класифікувати. У зв'язку з цим розроблена ієрархічна класифікація приладів для отримання холоду, що дозволяє по одній з ознак визначити, з одного боку, тип системи, а з іншого боку, виявити конкретне її втілення з урахуванням конструктивних особливостей, температурного рівня, умов роботи.

Завершує розділ постановка основних задач дисертаційної роботи, що випливають з наведеного у цьому розділі аналізу сучасного стану кріовпливу щодо кріодеструкції тканини органічного походження.

У другому розділі сформульована постановка задачі теплопровідності з фазовим переходом другого роду та описані особливості моделювання.

Для встановлення залежності глибини кріонекрозу від часу кріовпливу розглянутий процес відведення теплоти від органічного матеріалу (біологічної тканини) холодним джерелом – кріозондом. Враховуючи, що конвективні перетоки рідини у тканині зневажливо малі, допустимо вважати, що теплоперенос здійснюється тільки теплопровідністю. Диференціальне рівняння теплопровідності в одновимірній постановці записувалося у вигляді:

 

  (1)

 

де Се – ефективна теплоємність, що враховує фазовий перехід та виділену теплоту кристалізації. Се задавалася у наступному вигляді:

 

 , (2)

 

де  – відносна кількість рідкої фази.

 

Крайові умови:

 

Розрахункова область математичної моделі процесу кріодеструкції органічної тканини в одновимірній постановці уявлена на рис.