Диссертация (1026302), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Карта расчета представлена в Приложении.Представлено температурное поле на 600 сек процесса (Рисунок 2.11),а такжеграфик,накоторомпредставленосравнениетемпературыв контрольной точке данного и предыдущего расчета (Рисунок 2.12).Рисунок 2.11. Температурное поле на 600 секунде расчетаГабаритные размеры зоны замораживания составили 23,9 мм, 23,9 мми 53,4 мм. Если смотреть в плоскости, то 23,9 мм на 53,4 мм (Рисунок 2.11).Относительная погрешность по ширине составила 1,3 %, по высоте 3,1 %,что является допустимым показателем.Следовательно,холодопроизводительностькриозондасоставляетв среднем 11,95 Вт, при выходе на режим 13,00 Вт.
График ее изменения78в зависимости от времени представлен на Рисунке 2.13.30Температура, ºС201000100200300400500600-10ТQ-20-30-40Время, секРисунок 2.12. График сравнения температур в контрольной точкеХолодопроизодительность, Вт141210864200100200300Время, сек400500600Рисунок 2.13.
Зависимость холодопроизводительности криозонда от времени79Расчет2.7.2низкотемпературноговоздействиядвухкриозондовна модельную средуПредставлен общий вид геометрической модели и ее разбиениена конечные элементы (Рисунок 2.14).Используются 2 криозонда, располагающиеся на расстоянии 10 мм другот друга. В качестве технической характеристики использовалась мощностьохлаждения, которая была посчитана в программе расчета с 1 криозондом(подробно в разделе 2.7.1). В среднем она составляет 11,95 Вт, при выходе нарежим13,00 Вт.Нерабочаячастькриозондапринималасьидеальнотеплоизолированной. Параметры расчета: время – 600 сек; шаг расчета – 1 сек.Геометрическая модель разбивалась более чем на 4,86 млн.
элементовтетраэдральной формы. Представлены температурное поле на 600 секундерасчета (Рисунок 2.15), а также график изменения температуры в контрольнойточке (Рисунок 2.16). Габаритные размеры зоны замораживания составили:a=55,5 мм; b=57,2 мм; с = 36,4 мм. Карта расчета представлена в Приложении.Рисунок 2.14. Общий вид и конечно-элементная сетка80Рисунок 2.15. Температурное поле на 600 секунде расчета3020Температура, °С100-100100200300400500600-20-30-40-50-60Время, секРисунок 2.16. График изменения температуры в контрольной точкеДалееполученныетемпературныес экспериментальными (раздел 3.6).зависимостисравниваются81ГЛАВАЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ3.ИССЛЕДОВАНИЕНИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОТКАНИ3.1Описаниеэкспериментальногостенда.МетодикапроведенияэкспериментаЭкспериментальныйстендсостоитиздвухмодулей.Первыйпредназначен для определения рабочих характеристик малоинвазивныхкриохирургических инструментов – температурного распределения на рабочейповерхности при различных режимах работы.
Второй модуль предназначендля проведения модельных экспериментов с целью верификации разработаннойпрограммы расчета.В течение проведения всех опытов проводилась видеозапись нарастаниязамороженной зоны в модельной среде. Для этого использовались цифроваякамера Nikon D 7100, прожектор подсветки, перегородка для формированияоднородного черного фона. Для каждого экспериментального модуля быларазработана программа SCADA, позволяющая регистрировать показаниядатчиков температуры каждую секунду.3.1.1 Экспериментальный модуль № 1Схема и общий вид первого экспериментального модуля изображенына Рисунках 3.2 и 3.3 соответственно.
Основные элементы представленыв Таблице 9.Для фиксации датчиков температуры на поверхности криозондав определенном положении была разработана специальная конструкциязакрепления (Рисунок 3.1). Фиксация осуществляется хомутом, стягиваемымвинтом. На хомуте была отфрезерована гладкая площадка, обеспечивающаяплотное прилегание термометра сопротивления к криозонду. Для устранениявоздушной прослойки между поверхностью криоинструмента и термометром82сопротивления была использована низкотемпературная термопаста Arctic SilverCeramique 2, обеспечивающая теплопередачу до минус 150 °С.Рисунок 3.1. Схема закрепления датчиков1 – винт прижимной; 2 – гибкая оболочка; 3 – зажим; 4 – криозонд;5 – термопаста; 6 – температурный датчик сопротивления; 7 – фиксаторРисунок 3.2. Схема экспериментального модуля №183Таблица 9.Элементы экспериментального модуля № 1№ элементаНазваниеФункция1Газовый аргоновый баллонХранение аргона высокоговысокого давлениядавления для последующейподачи в проточную систему2РедукторРегулирование давления подачиаргона3Криоаппарат Galil SeedNetРегулирование режимов работы4КриозондОбъект исследования5ЕмкостьХранение желатинового геля6Измерительный модульИзмерение температуры на(включает закреплениеповерхности криозонда вдатчиков)установленных точкахПерсональный компьютерЗапись показаний датчиков7температуры через определенныепромежутки времениРисунок 3.3.
Общий вид экспериментального модуля №184Последовательность проведения эксперимента на первом модуле состоитиз следующих этапов. Сначала происходит фиксация датчиков температурыпо длине рабочей поверхности криозонда – 40 мм, всего 8 датчиков.Криозонд (4)с системой датчиковустанавливается вемкости (5) сиспользованием штатива (на схеме не показан). Готовится модельная среда ввиде желатинового геля. Использование желатинового геля в качествемоделирующей среды удобно, так как он прозрачен и позволяет проводитьвидеофиксацию нарастания замороженной зоны во время опыта, а такжепотому, что желатиновый гель представляет из себя твердое тело степлофизическими свойствами – теплопроводностьюи теплоемкостью,близкими к реальным биологическим тканям [67,68].
Аккуратно при помощиворонки гель заливается в емкость 5. В течение 24 часов гель выдерживаетсяпри комнатной температуре для застывания, фиксации зонда (4) с датчиками ивыравнивания температуры по всему объему геля, которое возможнонаблюдать на персональном компьютере (7) по показаниям измерительнойсистемы (6).
Дополнительно для достоверности выравнивания температурымодельной среды измеряется температура в помещении. Далее происходитподсоединение криозонда (4) к аппарату типа Galil SeedNet (3), которыйпредставляет из себя газораспределительное устройство с программнымуправлением. В аппарате на входе установлен датчик давления (для контролядавления газа, которое должно быть на уровне (240 ± 2) бар).
Далее газраспределяется на пять трубопроводов. Каждый трубопровод необходим дляподвода газа к конкретному ряду криозондов (всего имеется пять рядов свозможностью подключения по пять криозондов в каждый). Далее от каждогоиз пяти трубопроводов поток газа распределяется индивидуально к каждому изпяти криозондов соответствующего ряда. На боковой стороне аппарата имеетсяраспределительная панель с возможностью быстросъемного подключениямалоинвазивного криозонда. Распределение газа происходит с использованиемпрограммно- управляемых клапанов, на которые подается команда управления– открытия или закрытия. В данном эксперименте подключается один криозонд85на первый ряд.Проверяется давление рабочего газа аргона в баллоне (1) с помощьюманометра, входящего в состав редуктора (2).
Открывается вентиль баллона,при помощи редуктора (2) происходит настройка давления аргона для подачив аппарат (3), газ через систему газораспределения установки (3) попадаетв криозонд(4)иначинаетсяэксперимент.Всепоказаниядатчиковзаписываются на персональный компьютер (7) в режиме реального временикаждую секунду.Дополнительно используются весы, позволяющие измерять массудо 200 кг с погрешностью не более 50 грамм (Рисунок 3.4). Они предназначеныдля определения среднего расхода рабочего газа аргона при работекриоустановки методом взвешивания баллона до и после проведенияэксперимента.Рисунок 3.4.
Весы в составе модуля №1Вэкспериментальнойустановкеиспользуютсятермометрысопротивления Pt100 Honeywell класса точности А, ГОСТ 6651-2009.86Их расположение описано в разделе 3.3.1. Подключение производитсяпо четырехпроводной схеме. Данные от датчиков сопротивления передаютсяна вторичный преобразователь I-87013 ICP CON (4-канальный модуль дляввода сигналов термометров сопротивления, точность аналогового ввода:± 0,1 %, частота выборки 10 выборок/сек).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
