Закономірності процесу помірного охолодження органічних матеріалів з фіксованою границею розподілу фаз

 

Де   – абсолютна величина за модулем температури джерела, 0С.

Аналіз функції (4) та (5) показав, що із збільшенням часу кріовпливу швидкість проморожування зменшується. Це погоджується із теоретичними уявленнями про процес кристалізації, що були наведені В. А. Ємєл’яновим у роботі “Тепловая работа машин непрерывного литья заготовок”.

Отримані залежності (4) та (5) дозволяють прогнозувати час кріовпливу для досягнення заданої глибини кріонекрозу та вірогідні для холодоагентів з температурами кипіння, що лежать у діапазоні від – 196 0С до – 23 0С.

Результати рішення задачі теплопровідності у двовимірній постановці подані у наступному вигляді:

 

 =0. 15 L1. 582КТ. П., (7)

 =0. 3 L2. 947КТ. П. (8)

 

З метою підтвердження вірогідності отриманих результатів (залежностей (7) та (8)), були проведені лабораторні дослідження, результати яких порівнювалися з розрахунковими. Проведене порівняння свідчить про достатньо високе для практичної мети погодження останніх з результатами лабораторних досліджень. Так, похибка визначення часу кріовпливу не перевищує 15%, що відповідає 0. 8 - 1. 1 хв., прогнозування глибини некрозу складає 12%, (абсолютні значення не перевищують 0. 3 - 0. 5 мм), що відповідає точності визначення глибини некрозу при лабораторному дослідженні.

З двох залежностей глибини кріонекрозу тканини від часу кріовпливу для початку та кінця некрозу доцільно прийняти до розгляду тільки одну.

Рекомендованою до використання у практичній медицині є функція початку некрозу (7) завдяки тому, що вона володіє найбільшою вірогідністю відносно лабораторних даних.

 

З метою визначення інтенсивності тепловіддачі кріоінструмента, було проведено експериментальні дослідження на воді з використанням апарату АКГ-01. Однак, отримана у результаті залежність товщини наморозливості льоду від часу кріовпливу

 

 = 0. 01422пром (9)

 

не може бути рекомендована для використання у практичній медицині з огляду її невідповідності залежності (7) та даним лабораторних досліджень.

Четвертий розділ присвячений питанням практичного застосування результатів дослідження. У цьому розділі проаналізовані деякі відомі залежності, що дозволять прогнозувати процес кріовпливу, а також отримані залежності глибини некрозу від коефіцієнту тепловіддачі  у крітеріальному вигляді, що дозволяє проводити параметричні дослідження з метою широкого узагальнення результатів рішення задачі теплообміну при кріодеструкції органічної тканини:

 , (10)

 

З метою визначення інтенсивності протікання процесу кріовпливу, залежність (10) була перетворена у вигляді:

 

 . (11)

 

Графік залежностей (10) та (11) поданий на рис. 6 (а та б) відповідно.

 

Рис. 6. Узагальнення результатів рішення задачі охолодження органічної тканини у крітеріальному вигляді.

 

Аналіз наведеної на рис. 6а залежності показав, що ефективний діапазон = 2 - 4. У ньому мають перевагу конвективні перетоки теплоти та значення коефіцієнту тепловіддачі  мінімальне, що дозволяє задаватися значенням саме з цього діапазону.

У подальшому, отримання розподілу  по довжині кріоінструмента дозволяє відмовитися від необхідності проводити заміри температури на різноманітних дільницях кріозонду. При цьому коефіцієнт тепловіддачі  у (10) та (11) визначається як:

 

  (12)

 

де   – температура кріозонду;   – температура холодоагенту;   – діаметр каналу, м;   – теплопровідність холодоагенту,  .

Залежності (10 та 11), являючи собою крітеріальні рівняння, можуть бути використані у подальших дослідженнях для прогнозування результатів кріовпливу у різноманітних галузях при використанні широкого спектру кріоінструментів.

З метою підвищення заморожувальної здатності кріоінструменту, скорочення часу кріовпливу, зниження видатку холодоагенту та, як слід, зниження матеріальних витрат, був розроблений кріохірургічний зонд, у головці накінцівки якого встановлений стрижень, призначений для розсічення прямого потоку холодоагента та зменшення товщини застойної області на внутрішній поверхні головки.

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

У додатках наведені акти про впровадження результатів дисертаційної роботи, фізичні властивості холодоагентів та схеми установки АКГ – 01.

 

 

Результати проведеного теоретичного та експериментального дослідження процесу помірного охолодження органічних матеріалів з фіксованою границею розподілу фаз дозволяють отримати ряд позитивних результатів, до яких відносяться: раціоналізація процесу кріодеструкції об’єкта дослідження, прогнозування процесу кріовпливу, визначення часу відновлення органічної тканини, інтенсифікація тепловіддачі кріоінструменту, зниження видатку холодоагенту, скорочення часу кріовпливу.

1. Розроблена класифікація засобів охолодження, що дозволило за однією з ознак визначити, з одного боку, тип системи, а, з іншого боку, виявити конкретне її втілення з урахуванням конструктивних особливостей, температурного рівня, умов роботи.

2. Побудована фізична модель процесу впливу кріоінструменту на заморозливу область, що дозволило отримати уявлення про специфіку протікання процесу та про механізми переносу теплоти.

3. Розроблена математична модель процесу кріодеструкції органічної тканини, що дозволило отримати залежності глибини некрозу від часу кріовпливу з урахуванням температури холодоагенту, що є важливим для практичної медицини.

4. Розроблена, на основі результатів теоретичних та експериментальних досліджень по визначенню холодопродуктивністі кріоінструмента, накінцівка кріоапарату, що дозволило інтенсифікувати тепловідведення, що, у свою чергу, дає можливість скоротити час кріовпливу, на