Автореферат (1144793), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Таким образом, в этом случае испарение капли можно полностью смоделировать на основе известных параметров БЖ (плотность, вязкость, поверхностное натяжение) и оценить поведение КЛ. Важно отметить также, что с помощью полученных расчетовможно подбирать МЖ, соответствующие реальным БЖ, полученным отздоровых пациентов и больных с разной патологией.Температура является одним из факторов, воздействующих на структуризацию капли при испарении. В первую очередь ею определяется интенсивность процесса испарения, а значит, и гидродинамических потоков внутри капли.
Численные оценки величины переохлаждения поверхности быливыполнены для объемов капель V0 ∈ [0.01, 0.02] см3 также двух типов МЖ:I−го типа (рассматривался режим постоянного КУ) и II−го типа (рассматривался режим постоянной КЛ), показали, что для режима с постоянной КЛΔT ≤ 1.3°, а для режима с постоянным КУ в диапазоне θ ∈ [π/60, π/6] имеетместо ΔT ≤ 0.4°.Сравнение времен высыхания капли с двумя значениями температурпостоянной и уменьшенной на величину охлаждения ΔT, показало, что приотносительной влажности воздуха 65% время высыхания в режиме постоянного КУ уменьшается на 2%, а в режиме постоянной КЛ - на 7.5%.Структурообразование при клиновидной дегидратации капельМЖ. Для исследования формирования фаций солевых и белково-солевыхжидкостей при клиновидной дегидратации в качестве модельных жидкостейиспользовались также 3% и 10% растворы NaCl и раствор САЧ в физиологическом (0,9%) растворе поваренной соли в концентрациях cA = 0.10, 0.25,0.50, 0.75 и 1.0 г/100 мл.
В фациях растворов NaCl исследовали структурукристаллов и их расположение по площади высохшей капли. Наблюдения задинамикой высыхания белково-солевых растворов позволили фиксироватьизменение КУ объема капли во время испарения капель с различными диаметрами (~ 2.0 – 5.0 мм).В наших экспериментах с анализом формы капли было замечено, чтодиаметр капли влиял на время появления и ширину белковой зоны (рисунок9). Для каждой концентрации существовал свой критический диаметр капли, ниже которого белковая зона не образовывалась. Минимальным диаметром оказался D = 1.5 мм при cA = 0.10 г/100 мл.Вычислив объем сферической капли раствора САЧ (VD), и, рассчитавпо профилю интенсивности изображения фации ее объем (VS) –объемнаяфракция САЧ, определяли отношение этих величин как некоторую безразмерную величину - фракционный параметр Φ = VS ⁄VD.
Фракционный параметр (Φ) для пяти различных концентраций САЧ (cA = 0.10, 0.25, 0.50, 0.75 и1.0 г/100 мл) представлен на рисунке 10.Данные рисунков 9 и 10 показывают, что полученные результаты отклоняются от линейной зависимости незначительно (коэффициент корреляции 0.96). Фракционный параметр увеличивается соответственно с ростом26концентрации САЧ в капле. Самое высокое значение Φ из пяти возможныхдостигало ~ 0.31 и соответствовало концентрации САЧ cA = 1.0 г/100 мл.Таким образом, было установлено, что ширина белковой зоны находится впрямой зависимости от концентрации САЧ.Рисунок 9. Кривая изменения шириныбелковой зоны w в фациях САЧв зависимости от диаметра капли D.Рисунок 10.
Кривая изменения фракционного параметра (Φ) фаций САЧ в зависимости от концентрации cA.Была проанализированы форма профиля фации с учетом конкуренциимежду конвекцией и диффузией молекул САЧ. Для этого было использовано безразмерное число Пекле Pe uL DL , где u – скорость частицы, L – характерный размер системы, и DL – коэффициент диффузии частицы. КогдаPe >> 1 конвекцией доминирует над диффузией и когда Pe <<1, диффузия –является доминирующей.
В экспериментах с модельными жидкостями радиальная скорость потока оценивалась как u = 0.8 мм/с, что совместимо срадиальной скоростью потока в испаряющейся капле биожидкости (Brutin,D., 2014). В качестве характерной длина системы L брался радиус капли R, акоэффициент диффузии альбумина – DL ~ 1·10-10 м2/с (Sobac B., 2011).Для диаметров капли в пределах 2.0 – 5.0 мм число Пекле составилоPe = 0.05 ÷ 2.0. Диапазон чисел Пекле в этом масштабе указывает на то, чтооба процесса конвекция и диффузия конкурируют друг с другом. ЧислоПекле было определено для всех капель как функция концентрации cA (рисунок 11). На рисунке показаны переходы между различными формамиосадка для каждой концентрации САЧ (обозначены кривой линией). Каплис Pe < 0/20 для всех концентраций САЧ дают форму фации с отсутствиемпериферийного белкового кольца, в то время как все капли с Pe > 0.8 имеюткольцо на периферии фации.
При показателях Pe ~ 0.20 ÷ 0.80, в фации непроисходит устойчивого формирования белковой зоны. Кроме того, числоПекле показывает вероятность появления белковой зоны и по нему можноопределять уровень концентрации белка в СК: нормальный, пониженныйили повышенный.27В системе, высыхающей капли число Пекле соответствует характерной длине 1.25 мм, или D = 2.5 мм. Это согласуется с нашими экспериментальными наблюдениям для капель с D > 2.0 мм (с Pe > 1). Их фации имеютструктуры подобные кольцу. Другими словами, когда число Пекле большечем 1, в системе, высыхающей капли конвекция является доминирующей истимулирует формирование кольца.
Если Pe → 0, диффузия становится доминирующим процессом. Отсутствие краевой зоны в очень маленьких каплях (с низким Pe) указывает, что в этом случае транспортный механизм идетза счет диффузия и белковое кольцо не формируется. Таким образом числоПекле определяет объем капли, оптимальный для использования в методеклиновидной дегидратации.В каплях раствора САЧ, содержащих небольшое количество NaCl (cN= 0.01 г/100 мл), испарение происходит подобно капле чистого раствораСАЧ. Для растворов САЧ с более высокой концентрацией соли отмечаетсяодна общая тенденция – уменьшение ширины белковой зоны фации по мереувеличения концентрации соли в растворе. Это в свою очередь влияет наформирование промежуточной (белково-солевой) зоны фации.
Относительная ширина кольца белковой зоны (w) была измерена в фациях каждого образца раствора САЧ в поваренной соли и проанализирована как функцияотносительной концентрации соли φ. Ширина кольца белковой зоны делится на диаметр всей фации (w/D), где относительная концентрация соли φ является отношением величины молярного объема соли к величине молярногообъема САЧ. Это значение есть показатель эффективного числа ионов солина молекулу альбумина. График зависимости ln(w/D) от ln(φ) и аппроксимирующая линия приведены на рисунке 12.
Таким образом ширина белковойзоны имеет прямую зависимость от относительной концентрации соли в виде ln(w/D)/ln(φ).Анализ процесса клиновидной дегидратации солевых растворов показал, что под действием формирующихся градиентов концентрации и температуры в капле формируется семейство конвективных течений. Они формируют периодические пространственные структуры, состоящие из относительно крупномасштабных ячеек (прослоек) с резкими границами. При этомпроходят процессы сегрегации компонент, которые изменяют физическиепараметры сред и формируют структуру фации.
Образование областейбольших градиентов концентраций формируют молекулярные диффузионные потоки веществ от края к центру и растворителя (воды) от центра к периферии, а также конвективные концентрационные и диффузионные течения. Анализ формирования структур фации в бинарных растворах (альбумин-соль) показал, что кристаллизация и образование осадка одних компонент идет на фоне структур, сформировавшихся в полях градиентов другихкомпонент.
То есть процесс формирования фации связан с множеством различных механизмов взаимодействия компонент, присутствующих в растворе.28Рисунок 11. Зависимость чисел Пекле отконцентрации САЧ cA = 0.1, 0.25, 0.5, 0.75и 1.0 г/100 мл. Красные точки – белковоекольцо присутствует, синие точки –кольца нетРисунок 12. График зависимости ln(w/D)(относительная ширина краевой зоны), отln(φ) (относительная концентрация соли).У каждой серии точек кривой приведеныфрагменты соответствующих фацийТаким образом, нами были прослежены основные этапы эволюции капель модельных белково-солевых растворов при их клиновидной дегидратации от стадии жидкой среды до твердой фазы, когда структура фацииприобретает конечную форму.
Проведенные лабораторно-модельные исследования процессов высыхания и дегидратации растворов показали, что вкаплях белково-солевых растворов формируются упорядоченные системы,отражающие элементы геометрии сложного комплекса течений, формирование порядка системного и локального построения фаций БЖ. Полученныерезультаты более демонстративно отражают отдельные механизмы возникновения структуры фаций биологических жидкостей, что способствует пониманию глобальных процессов перехода в твёрдую фазу естественныхмногокомпонентных биологических жидкостей при клиновидной дегидратации.
То есть, фации биологических жидкостей, имеющие широкое качественное и количественное многообразие растворенных веществ, становятсяболее доступными для анализа структур, отражающих различные, как физиологические, так и патологические состояния организма человека.Компьютерная обработка и анализ изображений структурфаций биологических жидкостей в норме и при патологииКомпьютерный анализ изображения фаций НС и ССН. Для исследования формирования отличительных признаков в изображениях фацииБЖ были использованы методы текстурного (Харалик Р.М., 1973) и фрактального анализа фаций СК, РЖ, НС и ССН. Методы, основанные на матрицах вероятностного распределения яркости изображения (Basset O.,1999; Hozman J., 1994) используют достаточное число показателей, пред-29ставляющих собой различные статистические признаки второго порядка.Компьютерный статистический текстурный анализ фаций ССН в норме ипри патологиях представлены в таблице 3.Таблица 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
