Диссертация (1025217), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Впроцессе теплообмена охлаждающий газ нагревается в среднем на величину от10 до 15 °С. Отчетливо видна локализация холодного газа вблизи выхода из104трубкиподачи.Газовоеохлаждениезатрагиваетповерхностныезоныокружения ЦО по интенсивности охлаждения не менее, чем саму ЦО, при этомне нанося ей повреждений.Рисунок 3.8.
Распределение температур по поперечному среднему сечениюгеометрической моделиВ результатах расчета представлены линии тока и величины скоростей газавдоль линий тока (Рисунки 3.9-3.11).Данное распределение позволяет анализировать перемещение газа вполости как качественно, так и количественно. В продольном сечении газпреимущественно опускается, в поперечном сечении наблюдаются выраженныевихри. Причем в продольном сечении наблюдается вихрь в зоне, близкой квыходу из трубки, что позволяет интенсифицировать теплообмен и повыситьудельный нагрев подаваемого газа.105Рисунок 3.9. Линии тока газа в объеме домена «текучая среда»Рисунок 3.10. Линии тока газа по продольному среднему сечениюгеометрической модели106В поперечном сечении вихри наблюдаются на большем удалении отвыхода из трубки.
Такое движение определяется формой углубления. Такжевозможно оценить скорость газа вблизи стенки, она меняется в пределах от 10до 20 м/c.Рисунок 3.11. Линии тока газа по поперечному среднему сечениюгеометрической моделиВ Таблице 6 для проверки полиноминальной зависимости и анализарасчётной сетки конечных элементов представлены свойства домена «текучаясреда» (диоксид углерода) в точке (- 0,0408; 0,06001; - 0,06190) в конечныймомент времени.Таблица 6.Свойства домена «текучая среда»Плотность, кг/м32.114Теплоемкость, Дж/(кг*К)847.086Давление полное, Па2161.711073.4.Экспериментальнаяпроверкаадекватностибазовойкомпьютерной программы3.4.1. Описание экспериментальной установкиДля проверки адекватности предложенных математических моделейдействительности было проведено экспериментальное исследование процессаохлаждения модельной среды, имитирующее условия хирургической операциина внутренних органах.
С этой целью была разработана и изготовленаэкспериментальная установка, схема которой представлена на Рисунке 3.12,общий вид – на Рисунке 3.13.Рисунок 3.12. Схема экспериментальной установкиУстановка состоит из трех основных частей: камеры имитации РАЛП,набора измерительного оборудования (система сбора данных), системы подачигаза. Основными составляющими являются: емкость с крышкой (1), держательдля датчиков с закрепленными термометрами сопротивления (2), пирометр (3),программируемый контроллер Овен ПЛК150 (4), модуль ввода аналоговых108сигналов Овен МВ110 (5), преобразователь интерфейсов Овен AС4 (6), ноутбукLenovo G580 для сбора и архивации данных (7), OPC-сервер MasterOPC (8),SCADA-программа MasterSCADA (9), баллон высокого давления (10) спонижающим давление регулятором расхода (11), теплоизолированный шлангвнутренним диаметром 8 мм (12), шланг отвода газа (13), вентилятор (14).Рисунок 3.13.
Общий вид экспериментальной установкиКамера имитации РАЛП состоит из емкости с крышкой (1, Рисунок 3.14),стенки которой оборудованы кабельными вводами для проводки датчиковтемпературы, а также держателя для датчиков (2, Рисунок 3.15), в которомзафиксированы кабельные выводы датчиков (их расположение описано далее).Перед проведением эксперимента в камере формируется модельное вещество ипустое пространство, предназначенное для циркуляции газа, что с точки зрениятеплообмена имитирует хирургическую операцию в брюшной полости. Формамодельного вещества и его теплофизические свойства близки к реальнойконфигурации при РАЛП.
А именно формируемое углубление подобно формехирургического доступа во время операции. Размеры соответствуют расчетнойгеометрической модели базовой компьютерной программы, представленной вразделе 3.3.109Емкость выполнена из прозрачного плексигласа и имеет достаточнобольшие размеры 140x120x80 мм для того, чтобы можно было пренебречьизменением температуры на ее границах во время процесса криовоздействия.Передзаливкойжелатиновогогелятщательновыверяетсявзаимноерасположение термометров сопротивления и шланга подачи газа.
Послезаливки также проверяется позиционирование датчиков и шланга относительнонижней точки углубления в желатиновом геле.Рисунок 3.14. Внешний вид камеры имитации РАЛПРисунок 3.15. Держатель для датчиков (CAD-модель)Полостьвжелатинеформируетсяспомощьюсозданногоприиспользовании 3Д-принтера макета (Рисунок 3.16), который погружается в110желатин при заливке. Стенки полости не гладкие и по форме в первомприближении имитируют реальные условия хирургической операции, как поциркуляции газа, так и по форме температурных полей.
При этом полученнаяполость полностью соответствует геометрической модели из раздела 3.3.Рисунок 3.16. Макет для формирования полостиТемпературныесопротивления.измеренияТермометрыпроводилисьсопротивленияспомощьютермометровскабельнымивыводамирасположены в камере имитации и магистрали подачи газа согласно Рисунку3.17.Вэкспериментальнойустановкеиспользуютсяспециальносмонтированные датчики температуры с кабельным выводом на базетермометров сопротивления Pt100 Honeywell класса точности А, ГОСТ 66512009 (Рисунки 3.18-3.20). Подключение производится по трехпроводной схеме.Данные датчики позволяют держать форму наконечника кабельного вывода (спомощью подготовленного на 3Д-принтере держателя), не имеют внешнегокорпуса, который вызывает дополнительную погрешность и повышает ихинерционность, а также покрыты электроизоляционным лаком для защиты отвредного воздействия и возможной погрешности ввиду электропроводностимодельной среды.
Диапазон измерений таких датчиков от минус 100 до 450 °С.Габаритные размеры чувствительного элемента в керамическом корпусе непревышают трех миллиметров. Класс допуска А допускает погрешность± (0,15 + 0,002 | t |). Клеммами кабельные вводы подсоединены к вторичнымпреобразователям.111Рисунок 3.17 Расстановка и нумерация термометров сопротивленияРисунок 3.18. Термометры сопротивления Pt100 Honeywell112Рисунок 3.19. Расстановка термометров сопротивления внутри камерыимитации хирургической операции. Вид сбокуРисунок 3.20.
Расстановка термометров сопротивления внутри камерыимитации хирургической операции. Вид сверхуТочность показаний термометров сопротивления в связке с вторичнымипреобразователямиобеспечиваетсякалибровкойсиспользованиемметрологического оборудования, а именно вторичного преобразователяТермометр цифровой эталонный ТЦЭ 005/М2 КИ ТЦЭ/1500 (Рисунок 3.21).Основная погрешность измерения сопротивления ± 0,0003 Ом; основнаяпогрешность измерения температуры ± 0,002 К; предназначение – измерениетемпературы и сопротивления термометров сопротивления платиновых (ТСП)113по ГОСТ Р 8.625-2006 (ГОСТ 6651-94) и МЭК 751-85, термометровсопротивленияПТСВ-4,платиновыхПТСВ-5)поТУвибропрочных(ПТСВ-1, ПТСВ-2,4211-041-13282997-2002,аПТСВ-3,такжеТСПсиндивидуальными статическими характеристиками (ИСХ).
А также датчикаТермометрсопротивленияплатиновыйвибропрочныйэталонныйПТСВ-2/3/65 мм (номинальное сопротивление термометра при температуре«тройной точки воды» – 100 Ом, точность исполнения – 3 разряд, диапазонизмерения температуры от минус 200 до 200 °С, время реакции – не более 10 с,предназначение – поверка средств измерений температуры в соответствии сГосударственной поверочной схемой (ГОСТ 8.558-2009), использования вкачестве средства измерения температуры повышенной точности в различныхотрасляхпромышленности,припроведениинаучныхисследованийиаттестации камер тепла и холода, автоклавов, климатических камер).Рисунок 3.21. Термометр цифровой эталонный ТЦЭ 005/М2 КИ ТЦЭ/1500,Термометр сопротивления платиновый вибропрочный эталонныйПТСВ- 2/3/65 мм/1500 ммИспользование метрологического оборудования позволяет рассматриватьпогрешность измерения термометров сопротивления в рамках основнойпогрешности их класса точности.
Поправочные коэффициенты измерительныхканалов для термометров сопротивления представлены в Таблице 7.114Таблица 7.Данные о внесенных поправках в показания термометров сопротивленияНомерНаклонСдвигхарактеристикихарактеристики011,050+ 0,23020,992+ 0,20030,992+ 0,20041,001+ 0,21050,992+ 0,20061,004+ 0,15071,001+ 0,20080,995+ 0,12091,004+ 0,25100,990+ 0,31Также в камере имитации РАЛП расположен пирометр (3), которыйизмеряет температуру на поверхности модельного вещества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
