Отзыв_Баранов (Теоретическое и экспериментальное исследование теплообмена при многозондовом низкотемпературном воздействии на биоткани)

ОТЗЬ1В официального оппонента, доктора технических наук, доцента Баранова Александра Юрьевича на диссертационную работу соискателя Пушкарева Александра Васильевича «Теоретическое и экспериментальное исследование теплообмена при многозондовом низкотемпературном воздействии на биоткани», представленную к защите на заседании диссертационного Совета Д 212.141.16 при Московском государственном техническом университете имени Н,Э. Баумана на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.03 - Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения.

На отзыв представлена диссертационная работа общим объемом 157 страниц основного текста, автореферат объемом 16 страниц. 1. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ В диссертационном исследовании автор решает задачу повышения точности расчета низкотемпературного разрушающего воздействия на патологические объекты человеческого тела за счет отвода теплоты системой из нескольких криозондов малого диаметра. Предполагается использовать методику математического моделирования нестационарного переноса теплоты в процессе перехода охлаждаемого объекта из талого состояния в мерзлое, что позволяет повышать эффективность разрушающего криовоздействия на патологические объекты и снижать объем криоповреждений здоровых тканей.

Учитывая растущий объем использования применения криохирургических вмешательств с использованием систем из криозондов малого диаметра, тема диссертационной работы Пушкарева Александра Васильевича «Теоретическое и экспериментальное исследование теплообмена при многозондовом низкотемпературном воздействии на биоткани» безусловно актуальна и востребована практикой. 2.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ Автором предложена оригинальная схема моделирования нестационарного переноса теплоты в процессе перехода объекта охлаждения из талого состояния в мерзлое. Математическая модель построена на основе численного решения трехмерного уравнения энергии, что в наибольшей степени соответствует физическому смыслу моделируемого процесса, что позволяет точнее прогнозировать результаты локального отвода теплоты. При построении математической модели автор использовал результаты собственных экспериментальных исследований, направленных на уточнение теплофизических свойств объекта криовоздействия и характеристик аппаратуры, обеспечивающей отвод теплоты с внутренней поверхности криозондов малого диаметра.

Результаты вычислительных экспериментов представлены в хорошей графической интерпретации, что улучшает и восприятие и облегчает использование в практике. 3. НАУЧНАЯ ЦЕННОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ Автором предложена, теоретически обоснована, отработана и проверена в физическом эксперименте методика прогнозирования распространения зоны криоповреждений при отводе теплоты системой из нескольких криозондов малого диаметра, которая обеспечивает решение поставленной задачи исследований - повышение точности прогнозирования данного криовоздействия.

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ Разработана методика математического моделирования переноса теплоты и визуализации трехмерных температурных полей при отводе теплоты системой из нескольких криозондов малого диаметра. Сформулированы рекомендации по выбору экспозиции отвода теплоты в зависимости от уровня начального давления рабочего вещества в реципиенте и числа работающих криозондов. Определена зависимость давления рабочего вещества в реципиенте от времени при разном числе активных криозондов.

Разработана конструкция криозонда малого диаметра с высокой теплоотводящей способностью. 5. ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Текст диссертации отражает логическую последовательность решения поставленной цели. Результаты работы соответствуют поставленным задачам исследования. Достоверность результатов обеспечивается использованием современных методов математического моделирования теплообмена и совпадением результатов вычислений и экспериментальных исследований. Основные научные положения, выводов и рекомендации диссертации представляются достаточно обоснованными, так как сформированы на основе рационального сочетания методов численного и физического эксперимента. Математические модели построены на основе известных из литературных источников, проверяемых данных. Вычисления организованы с применением общепризнанных методов моделирования процессов нестационарного переноса теплоты теплопроводностью.

Выполнена проверка результатов численных исследований при помощи физического эксперимента. 6. ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы 178 страниц, включая 157 страниц основного текста, содержащего 88 рисунков, 15 таблиц. Список литературы включает 149 наименований. Во введении изложены преимущества технологии криовоздействия с использованием систем из нескольких криозондов, широкое применение которой сдерживается недостаточной достоверностью методик прогнозирования результатов отвода теплоты. Обоснованы цели и задачи исследования, изложены научная новизна, практическая ценность работы, выносимые на защиту основные положения.

Первая глава диссертации обосновывает актуальность и востребованность поставленной задачи исследования. Приведен анализ областей применения технологии криохирургии (стр.17...18). Сделан обзор факторов определяющих повреждение биотканей при замораживании (стр.19...28). Приведен анализ вариантов конструктивного исполнения аппаратов для криохирургического воздействия (стр. 28...38). Приведен обзор методик исследования процессов фазового перехода в биотканях (стр.

38...53). Высказано обоснованное сомнение в достоверности прогнозов, основанных на применении «бабл-пакинг метода», который не учитывает влияние на процесс формирования мерзлой зоны вокруг зонда отвода теплоты к соседним теплоотводящим элементам. Первый раздел диссертации построен с использованием большого объема литературных источников, что позволило обосновать цель и задачи исследования. Во второй главе диссертации описан порядок выбора математического аппарата для построения математической модели исследуемого процесса. В разделе 2.1 (стр.55...62) приведены исходные дифференциальные уравнения для расчета переноса теплоты в условиях перехода части охлаждаемого объекта из талого состояния в мерзлое.

Обоснованы условия однозначности математической модели и выбор метода решения поставленной задачи. Очевидным преимуществом работы является то, что для моделирования использовано численное решение уравнения энергии, что обеспечивает высокую достоверность имитации реальных процессов переноса теплоты. В разделе 2.3 изложен порядок расчета температурных полей при многозондовом отводе теплоты. В разделах 2,4 и 2.5 сформулированы сведения о теплофизических свойствах объекта криовоздействия и внутренних источниках теплоты, раскрыт порядок учета этих данных при математическом моделировании.

В разделе 2.6 описан принцип действия системы охлаждения криозондов, основанный на дроссельном квазицикле, рабочим телом которого является газообразный аргон. Раздел 2.7 содержит описание прогнозных расчетов температурных полей на математической модели модельной среды, в качестве которой использован раствор желатина (стр.71...80). Приведены графически материалы, иллюстрирующие результаты расчетов для случаев отвода теплоты одним и двумя зондами.

Определены значения локальной и интегральной теплоотводящей способности криозонда. В третьей главе изложено содержание физических экспериментов по исследованию процессов локального отвода теплоты от модельной среды. Для исследований разработано экспериментальное оборудование, содержащее дроссельную систему охлаждения криозондов. В разделе 3.1 приведено описание экспериментального стенда и методики проведения эксперимента (стр.81...88). Выполнена оценка погрешности физического эксперимента, показана достаточная их точность измерений. В разделе 3.3 описаны порядок и результаты физического эксперимента по замораживанию модельной среды при различных комбинациях расположения зондов и параметров дроссельной системы (стр.92...102).

В диссертации приведено описание экспериментального стенда для исследования теплофизических свойств биотканей. Изложены полученные на этом стенде данные о теплофизических свойствах модельной среды и образцов тканей предстательной железы. В разделе 3.7 приведены результаты физического эксперимента по верификации разработанной методики расчета температурных полей, которая продемонстрировала достаточную адекватность результатов математического моделирования отвода теплоты несколькими криозондами. В четвертой главе описаны результаты математического моделирования процесса многозондового отвода теплоты от биотканей.

В частности исследован процесс многозондового отвода теплоты от тканей предстательной железы (стр.123...133). Выполнен анализ полученных расчетных данных (стр.133...137), определено отношение объема зоны гарантированного крионекроза к объему замораживания тканей для разного числа криозондов.

Показано, что прогнозы, основанные на использовании так называемого «бабл-пакинг метода», неточны, так как не учитывают влияние на формирование поля температур соседних теплоотводящих элементов. Таким образом, разработана отлаженная методика прогнозирования размеров и формы участков тканей перешедших в мерзлое состояние. В работе изложены рекомендации по организации многозондового охлаждения объектов криохирургического воздействия.

Сформулированы требования к конструкции криохирургических аппаратов, описана конструкция криогенного зонда для отвода теплоты к рабочему телу дроссельного квазицикла. Диссертация завершается разделом содержащим общие выводы и заключения (стр. 140... 141). Автореферат диссертации в полной мере отражает ее содержание, раскрывает актуальность выбранной темы, цели и методологию исследований, суть основных научных положений, выводов и рекомендаций, практическое значение и апробацию работы, внедрение ее результатов. Содержание реферата позволяет составить четкое представление о научной новизне и достоверности полученных результатов.

7. НЕДОСТАТКИ РАБОТЫ, ЗАМЕЧАНИЯ, ПОЖЕЛАНИЯ 1. При формировании математической модели объекта криогенного воздействия системой из нескольких зондов достаточно большое внимание было уделено наличию в объекте внутренних источников теплоты, связанных с кровотоком в сосудах и процессами метаболизма. Однако при проведении физического эксперимента на желатиновом геле наличие таких источников не имитировалось.