У роботі обговорюється вплив модельованої взуття з різних матеріалів на забезпечення захисту від впливу криогенного газу, а також розглядаються локальні зміни теплового потоку і температурної кривої по довжині шкірного покриву об'єкта кріотерапії всього тіла (WBC). У роботі була розглянута і змодельована захисна взуття (захисний шар) з різних матеріалів, таких як бавовна, шерсть, шкіра і гума. Також було показано, що для більш ефективної процедури WBC необхідно домогтися рівномірної температурної залежності по довжині досліджуваного об'єкта, оскільки існують локальні перегини. чисельний аналіз в даній роботі проводився шляхом моделювання процесу нестаціонарного теплообміну через багатошаровий об'єкт. Моделювання шкірного покриву об'єкта WBC включало такі шари як: епітелій, жировий шар, м'язовий шар. Моделювання і рішення поставленого завдання здійснено з використанням методу скінченних елементів в спеціальному програмному забезпеченні. Для опису біологічного тепла було застосовано рівняння з використанням наближення Пеннс. Криогенний потік газу описувався турбулентної моделлю, яка близька до реальності з деякими припущеннями, проте ця модель дозволяє експериментувати, не завдаючи шкоди пацієнтові, для збільшення терапевтичного ефекту WBC. Отримані результати можуть бути використані для найбільш зручного вибору захисного взуття, а також для подальшого підвищення ефективності та безпеки пацієнта.

Анотація наукової статті за медичними технологіями, автор наукової роботи - Ережеп Дархан, Баранов Олександр Юрійович


Analysis of the clothing effect in the procedure of cryotherapy using computer simulation

This article discusses the effect of simulated shoes made of different materials on providing protection from exposure to cryogenic gas and discusses local changes in heat flow and temperature curve along the skin of the whole-body cryotherapy object (WBC). In the work protective shoes (protective layer) of various materials, such as cotton, wool, leather, and rubber, were considered and modeled. It was also shown that, due to a local excess, for a more effective WBC procedure it is necessary to achieve uniform temperature dependence along the length of the object under study. The numerical analysis in this work was carried out by modeling the process of non-stationary heat exchange through a multilayer object. The modeling of the WBC object skin included such layers as: epithelium, fat layer, and muscle layer. It was decided to simulate and solve the problem with the use of the finite element method by specialized software. To describe biological heat an equation was used using the Penns approximation. Cryogenic gas flow was described by a turbulent model. This article describes a model that is close to reality with some assumptions, but this model allows experimenting, without a harm to the patient, to increase the therapeutic effect. The results can be used for the most convenient choice of safety shoes, as well as to further improve the efficiency and safety of the patient.


Область наук:
  • Медичні технології
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Вісник міжнародної академії холоду

    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ ВПЛИВУ ОДЯГУ В ПРОЦЕДУРІ КРІОТЕРАПІЇ З ВИКОРИСТАННЯМ КОМП'ЮТЕРНОЇ МОДЕЛЮВАННЯ'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ ВПЛИВУ ОДЯГУ В ПРОЦЕДУРІ КРІОТЕРАПІЇ З ВИКОРИСТАННЯМ КОМП'ЮТЕРНОЇ МОДЕЛЮВАННЯ»

    ?УДК 621.593

    Аналіз впливу одягу в процедурі кріотерапії з використанням комп'ютерного моделювання

    Д. ЕРЕЖЕП1, д-р техн. наук А. Ю. БАРАНОВ2

    1 Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    університет ИТМО

    У роботі обговорюється вплив модельованої взуття з різних матеріалів на забезпечення захисту від впливу криогенного газу, а також розглядаються локальні зміни теплового потоку і температурної кривої по довжині шкірного покриву об'єкта кріотерапії всього тіла (WBC). У роботі була розглянута і змодельована захисна взуття (захисний шар) з різних матеріалів, таких як бавовна, шерсть, шкіра і гума. Також було показано, що для більш ефективної процедури WBC необхідно домогтися рівномірної температурної залежності по довжині досліджуваного об'єкта, оскільки існують локальні перегини. Чисельний аналіз в даній роботі проводився шляхом моделювання процесу нестаціонарного теплообміну через багатошаровий об'єкт. Моделювання шкірного покриву об'єкта WBC включало такі шари як: епітелій, жировий шар, м'язовий шар. Моделювання і рішення поставленого завдання здійснено з використанням методу скінченних елементів в спеціальному програмному забезпеченні. Для опису біологічного тепла було застосовано рівняння з використанням наближення Пеннс. Криогенний потік газу описувався турбулентної моделлю, яка близька до реальності з деякими припущеннями, проте ця модель дозволяє експериментувати, не завдаючи шкоди пацієнтові, для збільшення терапевтичного ефекту WBC. Отримані результати можуть бути використані для найбільш зручного вибору захисного взуття, а також для подальшого підвищення ефективності та безпеки пацієнта. Ключові слова: чисельний аналіз, тепловий потік, температура, кріосауна, криотерапевтического ефект, WBC.

    Інформація про статтю:

    Надійшла до редакції 04.06.2019, прийнята до друку 15.10.2019 DOI: 10.17586 / 1606-4313-2019-18-4-84-91 Мова статті - російська Для цитування:

    Ережеп Д., Баранов А. Ю. Аналіз впливу одягу в процедурі кріотерапії з використанням комп'ютерного моделювання // Вісник Міжнародної академії холоду. 2019. № 4. С. 84-91.

    Analysis of the clothing effect in the procedure of cryotherapy using computer simulation

    D. YEREZHEp1, D. Sc. A. Yu. BARANOV2

    Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    ITMO University

    This article discusses the effect of simulated shoes made of different materials on providing protection from exposure to cryogenic gas and discusses local changes in heat flow and temperature curve along the skin of the whole-body cryotherapy object (WBC). In the work protective shoes (protective layer) of various materials, such as cotton, wool, leather, and rubber, were considered and modeled. It was also shown that, due to a local excess, for a more effective WBC procedure it is necessary to achieve uniform temperature dependence along the length of the object under study. The numerical analysis in this work was carried out by modeling the process of non-stationary heat exchange through a multilayer object. The modeling of the WBC object skin included such layers as: epithelium, fat layer, and muscle layer. It was decided to simulate and solve the problem with the use of thefinite element method by specialized software. To describe biological heat an equation was used using the Penns approximation. Cryogenic gas flow was described by a turbulent model. This article describes a model that is close to reality with some assumptions, but this model allows experimenting, without a harm to the patient, to increase the therapeutic effect. The results can be used for the most convenient choice of safety shoes, as well as to further improve the efficiency and safety of the patient.

    Keywords: numerical analysis, heat flow, temperature, temperature, cryochamber, cryotherapy effect, WBC. Article info:

    Received 04/06/2019, accepted 15/10/2019 DOI: 10.17586 / 1606-4313-2019-18-4-84-91 Article in Russian For citation:

    Yerezhep D., Baranov A. Yu. Analysis of the clothing effect in the procedure of cryotherapy using computer simulation. Vest-nikMezhdunarodnoi akademii kholoda. 2019. No 4. p. 84-91.

    Вступ

    Кріогенна медицина - це новий, бистроразві-вающий розділ прикладних кріогенних технологій. Основою для розвитку цього науково-практичного спрямування техніки і фізики низьких температур є специфічні ефекти, пов'язані зі змінами властивостей біологічних об'єктів при кріогенних температурах і реакцією організму на інтенсивне охолодження. У другій половині двадцятого століття такі розділи кріогенної медицини, як криоконсервация біопрепаратів і криохирургия, отримали широке визнання і застосування [1, 2, 3].

    Відносно новим розділом кріомедицини є кріотерапія - фізіотерапевтична техніка, заснована на використанні кріогенних температур як дратівної фізичного фа ктор [1, 4].

    Кріотерапія або кріотерапія всього тіла ^ ВС) - це процес охолодження досліджуваного об'єкта до низьких температур в спеціальній установці. В ідеальних умовах для досягнення максимального терапевтичного ефекту температура шкірного покриву досліджуваного об'єкта повинна наближатися до температури 271 К. При локальному переході температурного бар'єру 271 К з'являється ймовірність значного обмороження досліджуваного об'єкта [1, 5, 6].

    Діапазон температур криогенного газу в камері варіюється від 160 К до 130 К в залежності від режиму роботи кріосауни, інтенсивності відводу тепла від досліджуваного об'єкта і граничних умов [5-8].

    WBC широко використовується для різних видів лікування і профілактики спектра захворювань, лікування досягається за рахунок загального впливу на організм, імунну та ендокринну системи [3, 8-11].

    Існує кілька проблем або питань, які необхідно обговорити і вирішити, щоб підвищити терапевтичний ефект від WBC. Один з цих питань стосується необхідності укриття нижніх кінцівок

    людини захисної взуттям для безпечного сеансу кріотерапії, або інших областей досліджуваного об'єкта, так як процедура називається кріотерапією всього тіла.

    Дане дослідження спрямоване на визначення ділянок тіла, які схильні до більш інтенсивного впливу криогенного газу через геометрії камери, що, в свою чергу, дозволить проаналізувати і виявити ці ділянки, і в подальшому дати рекомендації щодо усунення локального переохолодження об'єкта WBC.

    Результати клінічних спостережень лягли в основу положень теплофізичної теорії кріотерапії. Вираз для розрахунку тривалості знеболюючої дії WBC, запропоновано співробітниками Університету ИТМО [1, 1 1, 1 2], де розглядається зона контакту криогенного газу з покривним шаром досліджуваного об'єкта /

    т -_ / 'Г 20 Ет

    ц (Ге-270,5) 2 Т '(1)

    Як видно з формули (1), ефективність процедури WBC прямо пропорційна площі контакту покривного шару об'єкта і газу. Одяг на пацієнта під час процедур WBC зменшує шкірну гіпотермію і зменшує позитивні результати, дані припущення були зроблені після ряду експериментів.

    Опис чисельної моделі

    У цій роботі для аналізу локального переохолодження WBC використовувалося комп'ютерне моделювання процесу кріотерапії. Схематичне зображення 3D-моделі показано на рис. 1 (б), а також на рис. 1 (а) зображено розподіл площі поверхні тіла людини по висоті.

    Для аналізу впливу одягу на процедури кріотерапії була використана модель з роботи [5], однак властивості матеріалу досліджуваного об'єкта були скориговані. Геометрична модель, що описує пове-

    б

    а

    Мал. 1. Схематичне зображення: а - розподіл площі поверхні тіла людини по висоті кабіни; б - схематичне зображення використовуваної кріокамери Fig. 1.Schemeof: a - the distribu tion of the human body surface area along the height of the cabin; b - the cryocabin used

    дення біологічного об'єкта, представляла собою коаксіальний циліндр, що складається з трьох шарів. Зовнішній шар мав теплофізичними властивостями підшкірного шару, внутрішній шар - властивостями внутрішніх тканин, третій шар був ядром і відповідав шару м'язів і кісток.

    Оскільки в даній роботі модель вважається нестаціонарної в перехідному режимі, використовується залежність температури і швидкості потоку криогенного газу від часу (табл. 1).

    Методи і матеріали дослідження

    Всі властивості матеріалів були взяті ізотропним в розрахунках цієї моделі. Дані по теплопровідності і теплоємності епітелію, жирового шару, м'язового шару, використані в моделі, представлені у вигляді залежності від температури і наведені в табл. 2, 3. У мо-

    Таблиця 1

    Значення температури і швидкості газу

    Table 1

    Gas temperature and velocity

    Час t, с Температура T, K Швидкість потоку u, м / с

    0 298 0,7

    25 140 6

    175 130 10

    180 298 0,7

    250 298 0,7

    Таблиця 2

    Залежність теплопровідності від температури різних матеріалів

    Table 2

    Dependence of heat conductivity on temperature for various tissues

    поділи використовувалася середня щільність цих речовин: азот = 1,18 кг / м3, епітелій = 1093 кг / м3, жировий шар = 916 кг / м3 і м'язовий шар = тисячі сорок одна кг / м3. У моделі також враховувалися джерела тепла від перфузії і обміну крові: температура артеріальної крові становила 310,15 К, щільність крові - 1060 кг / м3, теплоємність крові - 4200 Дж / (кг-К), перфузія крові - 0,003 л / с, метаболічну тепло - 7277 Вт / м3 [3].

    Робота також включала аналіз різних матеріалів, що захищають нижні кінцівки досліджуваного об'єкта WBC. Властивості цих матеріалів представлені в табл. 4.

    Рівняння математичної моделі

    Для опису біологічних процесів вводиться допущення і рівняння біологічного тепла вирішується з використанням наближення Пенна (Penns). Апроксимація Пенна більш докладно описана в роботі [13]. Це наближення використовується для моделювання теплообміну в біологічної тканини, розглядає джерела тепла від перфузії крові та обміну речовин в класичному рівнянні теплообміну.

    У даній роботі, модуль переносу біотепла використовувався для математичного опису біологічних тканин [14]. Розглядаються наступні джерела тепла: перфузия крові і метаболічний джерело тепла, які включені в класичне рівняння теплообміну в формі Qbio [15].

    Таблиця 3

    Залежність теплоємності від температури різних матеріалів

    Table 3

    Dependence of heat capacity on temperature for various tissues

    Епітелій Жировий шар М'язовий шар

    T, K Дж / (кг-К) T, K Дж / (кг-К) T, K Дж / (кг-К)

    148,1 949,15 148,2 1012,71 148,2 1521,17

    180,8 993,36 180,8 1069,62 172,9 1554,30

    198,8 1015,12 212,1 1139,54 198,4 1599,94

    223,5 1175,36 244,8 1234,58 223,1 1696,63

    248,6 1589,73 260,9 1447,40 248,7 2098,19

    262,5 2654,70 269,5 1916,00 264,0 3035,76

    315,0 3600,00 315,0 2250,00 315,0 3458,00

    Таблиця 4

    Властивості різних матеріалів, використовуваних в захисному шарі досліджуваного об'єкта

    Table 4

    Properties of various materials used in the protective layer of the object under study

    Епітелій Жировий шар М'язовий шар

    T, К К, Вт / (м-К) T, К К, Вт / (м-К) T, К К, Вт / (м-К)

    133,8 1,8493 147,7 0,4076 133,819 1,84932

    146,3 1,8482 183,8 0,4308 146,302 1,84821

    151,5 1,8411 197,6 0,3965 151,552 1,84114

    175,1 1,7201 234,4 0,3933 175,1 1,72011

    189,4 1,6197 246,8 0,3525 189,467 1,61972

    224,8 1,4844 259,2 0,2721 224,829 1,48443

    230,8 1,5037 273,9 0,2067 230,759 1,50373

    245,7 1,3636 278,8 0,2189 245,749 1,36363

    260,7 1,2235 281,3 0,2196 260,738 1,22354

    278,4 0,5295 290,7 0,2247 275,012 0,451231

    286,9 0,5502 294,7 0,2175 284,361 0,457246

    294,1 0,5632 303,1 0,2003 305,849 0,50011

    303,3 0,5702 304,1 0,2235 306,454 0,504914

    306,7 0,5767 307,2 0,2271 310,744 0,48708

    309,1 0,5813 309,4 0,2299 315 0,475

    311,7 0,5772 312,0 0,2413 - -

    315,0 0,3500 315,0 0,2100 - -

    № Матеріали р, кг / м3 до, Вт / (м-К) Cp, Дж / (кг-К)

    1 Шерсть 330 005 1380

    2 Бавовна 450 0,026 1400

    3 Шкіра 860 0,14 1500

    4 Гума тисячі п'ятсот двадцять дві 0,14 1880

    Загальне рівняння теплопровідності для твердого

    тіла:

    г) Т

    Р Cp - + Vq = Q + QUo + Qm,

    (2)

    pC ^ + pC ^ u Vr + (V q) =?,

    q = -K-VT \

    (6)

    M-r = РБЦ -. е

    де СЦ - константа (див. табл. 5).

    Рівняння переносу для параметра k говорить:

    (5)

    Г7, Г7

    р-- + pu-V? = V at

    (Ц + -) Ук

    + Р "~ Р-е.

    де Pk представляється у вигляді:

    Pt = Hr

    Vu ^ Vu + CVu ^ - ^ CVu) 1

    -р W-n.

    (8)

    (9)

    Ее V7 Г7

    р-Hpu-Ve = V dt

    (Ц + -) Ve

    + Cf-P-Cj-, (10)

    тут Qbio - тепловиділення біологічних тканин

    Q ^ =? BCp, MTb-T) + Q ^ (3)

    де pb - щільність крові [16]; CP} b - питома теплоємність крові при постійному тиску; юь - швидкість перфузії крові [17]; Tb - температура артеріальної крові; Qmet - метаболічний джерело тепла.

    Просторовий джерело тепла: Qext описує вироблення тепла від зовнішнього джерела

    Qext = Hab (r, t) [Tab (r, t) - T (r, t)] + + Hvb (r, t) [Tvb (r, t) - T (r, t)], (4)

    де Hab - коефіцієнт теплопередачі між тканиною і артеріальною кров'ю на одиницю об'єму тканини, Вт / (м3-К); Hvb - коефіцієнт теплопередачі між тканиною і венозною кров'ю на одиницю об'єму тканини, Вт / (м3К); нижній індекс: b - кров, ab - артеріальна кров, vb - венозна кров.

    Припустимо, що тепловиділенням Qext можна знехтувати, оскільки Hab і Hvbустанавліваем рівними нулю [18].

    Загальне рівняння теплопровідності для рідини (в газі N2):

    де u - вектор швидкості; дт - вихрова в'язкість.

    Константи моделі в рівняннях (5) - (6), (8), визначаються експериментально [19-21], їх значення наведені в табл. 5.

    Таблиця 5

    Константи, що використовуються в розрахунках

    Table 5

    Constants used in calculations

    константи значення

    С, 0,09

    Се1 1,44

    Се2 1,92

    1,0

    1,3

    (5)

    де р - щільність; Ср - теплоємність; Т - температура; t - час; u - вектор швидкості; q - тепловий потік; Q - джерела тепла.

    Щільність теплового потоку

    де до - коефіцієнт теплопровідності.

    У даній роботі, потік газу був визначений як турбулентний потік моделі к-г. Ця модель є однією з найбільш часто використовуваних моделей турбулентності для промислового застосування. Цей модуль включає в себе стандартну модель до-г [19]. Модель вводить два додаткових рівняння переносу та дві залежні змінні: турбулентну кінетичну енергію до і швидкість турбулентного диссипации р Турбулентна в'язкість моделюється як:

    Турбулентна в'язкість газу визначається як:

    Рівняння переносу для швидкості турбулентної дисипації е має вигляд:

    Результати та обговорення

    Проведено дослідження залежності температурного діапазону від різних матеріалів, що захищають нижні кінцівки. Захисний шар (імітована взуття) має висоту 3кк мм і товщину 2 мм. Захисний шар буде складатися як з стандартного матеріалу - вовни, яка використовується в процедурі WBC, так і з експериментальних матеріалів, таких як бавовна, шкіра, гума.

    1. Дослідження температури поверхні об'єкта ШВС по довжині, в залежності від матеріалу захисту

    Розглянемо часовий інтервал 180 с, оскільки цей період є останнім періодом в процедурі WBC, і в цьому розділі досліджуваний об'єкт більш сприйнятливий до місцевого обмороженню [1, 5, 8]. Для більш детального аналізу, дані про довжину досліджуваного об'єкта були взяті з двох сторін, спереду і ззаду об'єкта. Дані по довжині об'єкта представлені на рис. 2 і 3, координата До м відповідає області плеча об'єкта WBC, а координата 1,4 м відповідає нижній частині досліджуваного об'єкта.

    Як видно з рис. 2 і 3, крива 2 (бавовняний матеріал) більш ефективно виконує свою захисну функцію, найгірші параметри захисту позначені матеріалом - гумою.

    При аналізі даних, представлених на рис. 2, видно, що досліджуваний об'єкт отримає критичний місцевий обмороження із захисним шаром - гумою. Також зауважимо, що об'єкт WBC отримав локальне переохолодження в областях приблизно 1 м і 1,3 м, що відповідає нижній частині (гомілки і ступні) пацієнта.

    2. Дослідження теплового потоку, що виходить від об'єкта ШВС

    Одним з важливих показників є втрата теплового потоку від шкірного покриву досліджуваного об'єкта WBC. Максимальне значення теплових втрат не повинно перевищувати 4,5 кВт / м2 [1]. Результати чисельного моделювання, що показують графік зміни теплового потоку від шкірного покриву об'єкта WBC представлені на рис. 4-5. Як і графіки температури по-

    h object WBC, m 11 object WBC, m

    Мал. 2. Температурна залежність від довжини досліджуваного / ярмо об'єкта (вимір фронту об'єкта і довжини захисного шару - 300 мм). Матеріали: 1 - шерсть, 2 - бавовна, 3 - шкіра, 4 -резіна, 5 - лінія критичної темнератури (2e0,5K)

    Fig. 2. Temperature dependence on the length of the obje ct under study (measuring the front of the object and the length of the protective layer - 300 mm). Materials: 1 - wool, 2 - cotton, 3 - leather, 4 - rubber., 5 - critical temperature line (270.5 f)

    Мал. 3. Температурна залежність від довжини досліджуваного об'єкта (вимір за досліджуваним об'єктом і довжиною за-щітноіо слoe - 300 мм). Матеріали: 1 - шерсть,

    2 - бавовна, 3 - шкіра, -4 -резіна, 5 - лінія критичної

    температури (270,5 К) Fig. 3. Temperatu re dependence on the length of the object under study (measurement behind the object under studyand the length of the protective layer - 3300 mm). Materials: 1 - wool, 2 - cotton,

    3 - leather, 4 - rubber., 5 - critical temperature line (270.5 f)

    5500 5000 4500 4000 3500

    ред

    J 3000

    ^

    2500 2000 1500 1000 500

    -• -1 -0-2 3 -0-4

    0.6

    Мал. 4. Нормальний сумарний тепловий потік по довжині досліджуваного об'єкта (вимір фронту об'єкта і довжини захисного шару - 300 мм). Матеріали: 1 - шерсть, 2 - бавовна, 3 - шкіра, 4 - гума

    Fiat 4. Noomal to tal heat flux on the length of the objectunder study (measuring thy front of the obje ct and the length of the protective layer - 300 mm). Materiats: 1 - woo l, 2 - cotton, 3 - leather, 4 - rubber

    4600 4100 3600 3100 'g 2600 »|2100 1600 1100 600 100

    -• -1 -0-2-а- 3 -04

    0.2

    0,4

    0.6

    1.2

    1.4

    Мал. 5. Нормальний сумарний тепловий потік на довжину ісследуемогооб'екта (вимір за досліджуваним об'єктом і довжиною захисного шару - 300 мм). Матеріали: 1 - шерсть, 2 - бавовна, 3 - шкіра, 4 - гума

    Fig. 5. Normal total heat flux on the length of the object under study (measurement behind the objoct under stuf and the length oPthe protective layer - 300 mm). Materrnls: 1 - wool, 2 - cotton, 3 - leather, 4 - rubber

    поверхні досліджуваного об'єкта (див. рис. 2-3), графіки втрат теплового потоку від шкірного покриву досліджуваного об'єкта представляються в двох проекціях, спереду і ззаду досліджуваного об'єкта WBC.

    3. Аналіз залежності температури і сумарного теплового потоку від поверхні об'єкта при збільшенні довжини захисного шару

    Як показано раніше на рис. 2-5, в районі 1 м спостерігалося локальне переохолодження. Відомо, що для

    досягнення максимального терапевтичного ефекту для організму необхідний рівномірний розподіл температури і, відповідно, теплового потоку по довжині досліджуваного об'єкта WBC. Було вирішено збільшити висоту захисного шару до 400 мм в довжину для більш ефективного процесу кріотерапії.

    Імовірно, таке рішення мало б знизити температурний графік, і, згладивши криву, ми могли б ще більше збільшити подачу криогенного газу, не завдаючи шкоди досліджуваного об'єкта WBC.

    Мал. 6. Залежність температури і залежність нормал'ногополноготеплового потоку від Длон ісаоеНуемнго оП'екта (длінахлопсоеогс защито ного шару - 450 мм): 1 - температурна залежність зі стандартним режимом, 2 - температурна зависи-

    мост'а мкпарніз'аоехнном авжшае, 3 - завісіносмс номм'иагогп паннісо т'клсвого потоку в стандартному режимі, 4 - залежність нормального повного теплового потоку в модернізованому режимі Fig. 6. The dependence of temperature and the dependence of the normal total heat: flux on th elength of the object under study (the UengUU of thecettonprotectiue Uaoee- ese mme:

    1 - temperature dependence -with standard mode, 2 - temperature dependence in the modernized mode, 3 - dependence of demd tetan hedAmae standard mode, 4 - dependence of normal totat heat flux in the modernized mode

    Наступним етапом було збільшення швидкості потоку криогенного газу на 3К%, для досягнення більшого криотерапевтического охолодження, за рахунок більш рівномірного охолодження по довжині об'єкта.

    Дані результатів вимірювання, після збільшення захисного шару до 4КК мм, показані на рис. 6 (крива 1-2), крива 1 відповідає температурній залежності, а крива 3 відповідає втраті теплового потоку з поверхні шкірного покриву об'єкта WBC в стандартному режимі роботи кріосауни.

    На рис. 6 наведено графіки температури і теплового потоку після збільшення подачі криогенного газу на 3К%, крива 2 і крива 4, відповідно.

    висновок

    На підставі результатів проведеного аналізу, виявлено, що площа поверхні, що захищається тіла повинна бути зведена до мінімуму, якщо це можливо, за винятком «декоративні» елементи. Обов'язковою частиною «криотерапевтического» костюма є тільки взуття.

    Було встановлено, що необхідна довжина захистів-нош стоячи (взуття) становить 4КК мм. Як показано на рис. 6, ця довжина ефективніше ізолює кріогенний газ вніжнем ї частини об'єкта WBC і дозволяє збільшити моиешсть кріосауни, для збільшення терапевтичного ефекту без шкоди об'єкту WBC.

    Також була показана необхідність модернізації геометрії кріокамери, т. К. На рис. 2 (б) бачимо нерівномірний розподіл температури і втрату теплового потоку з по-вериості тіла об'єкта. Внаслідок чого виникає необхідність моді рнізаціі геометрії кріокамери, для рівномірного розподілу витрат кріогенного газу в камері.

    Результати даного дослідження можуть сприяє-встьповишебію тер апевтіческого ефекту процедури WBC і надалі - вироблення рекомендацій щодо поліпшення кріосауна для виробників.

    література

    \ .ВаranovA., Pakhomov O., FedorovA., Ivanov V., ZaitsevA., Polyakov R. Technique and Technology of Whole-Body Cryotherapy (WBC). InT.S. London, I0i9. p 2k. DOB: lV.OI7hI intechopen. 83680.

    2. Баранов А. Ю. Наукові основи розробки апаратури для загального криотерапевтического впливу. Дисс ... д. т. н. СПб: Університет ИТМО, 2014. 376 с.

    I. Цигтов Д. І. Кр.омедіціні: п.оцедси v аапазати. Mi-монографій. - М .: САЙНС-ПРЕСС. 2011. 304 с.

    4. Yamaunhi d Whole Body tryp-therapie Is methoV sf eitteme cold -175 ° C treatment initially uses for Rheumatoid Arthrisis. // ZcilnthriOBPIvs. MeO.nalh. klvd. Klim. 1І16. V 15. P. tli.

    5. Yerezhep D., Tukmakova A. S., Fomin V. E., Masalimov A., Asaсди V., Nootslv.oA. V, BaropoaA Yu. Numeeiual nitalysis of whole-body cryotherapy chamber design improvement // Journal of Physics: Conf. Series. 2018. V. 1015. P. 032151. DOI: 10.1088 / 1742-6596 / 1015/3/032151.

    6. Lubkowska A. Cryotherapy: Physiological Considerations and Applications to Physical Therapy. Physical Therapy Perspectives in the 21st Century - Challenges and Possibilities (Ed. Josette Bettany-Saltikov). London, UK: InTech, 2012. Chapter 7. Р. 155176. DOI: 10.5772 / 35055.

    References

    1. Baranov A ,, Pakhomov O., Fedorov A., Ivanov V., Zaitsev A., Polyakov R. Technique and Technology of Whole-Body Cryotherapy (WBQ. InTech, Lnndon, 2019. p 26. DOI: 10.5772 / intechopen . 83680.

    2. Baranov A. Yu. Scientific bases of development of the equipment for the general cryotherapeutic influence. Thesis Doctor of Technical Sciences. St. Petersburg: ITMO University, 2014. 376 PP. (In Russian)

    3. LnyAanov D T Cdyomedicine: Process and Device. Moscow. 2011. P. 303, (in Russian)

    4. YamaucOi h. WVole Body Cryo-therapie is method of extreme cold -175 ° C treatment initially uses for Rheumatoid Arthrisis. ZeitscCriftPhyd.Med. Baln. Med. Klim. 1986. V. 15. P. 311.

    5. Yerezhep D., Tukmakova A. S., Fomin V. E., Masalimov A., Asach A. V. Novotelnova A. V., Baranov A. Yu. Numerical analysis of whole-body cryotherapy chamber design improvement. Journal of Physics: Conf. Series. 2018. V. 1015. P. 032151. DOI: 10.1088 / 1742-6596 / 1015/3/032151.

    6. Lubkowska A. Cryotherapy: Physiological Considerations and Applications to Physical Therapy. Physical Therapy Perspectives in the 21st Century - Challenges and Possibilities (Ed. Josette Bettany-Saltikov). London, UK: InTech, 2012. Chapter 7. P. 155176. DOI: 10.5772 / 35055.

    7. Jezierski C. Cryostimulation in rheumatology, traumatology, orthopedics and rehabilitation treatment. Acta Bio - Optica et Informatica Medica. // Inzynieria Biomedyczna. 2007. V. 13, No 3, P. 240-242.

    8. Ережеп Д., Мінікаев А. Ф., Соколова Е. В., Пронін В. А. Аналіз впливу кріотерапії на різні товщини шкірного покриву з використанням чисельного моделювання // Вісник Міжнародної академії холоду. 2018. № 4. С. 35-42.

    9. Savica M., Fonda B. and Sarabon N. Actual temperature during and thermal response after whole-body cryotherapy in cryo-cabin. // J. Therm Biol., 2013. V. 38, No 4, P. 186-191. DOI: 10.1016 / j. jtherbio. 2013.02.004.

    10. Kao B., Kelly K. M, Aguilar G., et al. Evaluation of Cryogen Spray Cooling Exposure on In Vitro Model Human Skin // Lasers in Surgery and Medicine. 2004. V. 34. No 2. P. 146-154. DOI: 10.1002 / lsm. 10245.

    11. Ережеп Д., Мінікаев А. Ф., Пронін В. А., Захаренко В. П. Моделювання динаміки зміни температури шкірних покривів в процесі загального криотерапевтического впливу // Вісник Міжнародної академії холоду. 2018. № 2. С. 71-77. DOI: 10.17586 / 1606-4313-2018-17-2-71-77.

    12. Баранов А. Ю., Іванов В. І., Осика А., Сінькова В. А., Ше-стакова О. А. Моніторинг температури газу в зоні WBC // Вісник Міжнародної академії холоду. 2017. № 4. С. 75-81

    13. Lakhssassi A., Kengne E., Semmaoui H. Modifed pennes 'equation modelling bio-heat transfer in living tissues: analytical and numerical analysis. Natural Science. 2010. V. 2, No. 12, P. 1375-1385. DOI: 10.4236 / ns. 2010.212168.

    14. Buzdov B. K. Mathematical modeling of biological tissue cryodestruction. // Applied Mathematical Sciences. 2014. V. 8. No 57. pp. 2823-2831. DOI: 10.12988 / ams. 2014.43148.

    15. Haemmerich D., Chachati L., Wright A. S, Mahvi D. M. Hepatic radiofrequency ablation with internally cooled probes: effect of coolant temperature on lesion size. // IEEE transactions on biomedical Engineering. 2003. V. 50. No 4. P. 493-500. DOI: 10.1109 / TBME. 2003.809488.

    16. Tungjitkusolmun S., Woo E. J., Cao H., Tsai J. Z. Thermal-electrical finite element modelling for radio frequency cardiac ablation: effects of changes in myocardial properties. // Medical & Biological engineering & Computing. 2008. V. 38. No 5. P. 562-568. DOI: 10.1007 / BF02345754.

    17. Chang I. A. Considerations for thermal injury analysis for RF ablation devices. // Open biomedical engineering journal. 2010. V. 4. P. 3-12.

    18. Kakuta N .; Yokoyama S .; Mabuchi K, Human thermal models for evaluating infrared images. // IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. 2002. V. 21, No. 6, P. 65-72, DOI: 10.1109 / MEMB. 2002.1175140.

    19. Wilcox D. C. Turbulence Modeling for CFD. 2nd ed. DCW Industries. 1998.

    20. Correa P. C. P., Barcelos M. N. D. Numerical simulation of airfoils applied to UAVS. // Engenharia Termica (Thermal Engineering). 2014. V. 13. No. 1. P. 09-12. DOI: 10.5380 / reterm. v13i1.62058.

    21. Patel K. S. Flow Analysis and Optimization of Supersonic Rocket Engine Nozzle at Various Divergent Angle using Computational Fluid Dynamics (CFD). IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering. 2014. V. 11. No. 6. P. 01-10.

    7. Jezierski C. Cryostimulation in rheumatology, traumatology, orthopedics and rehabilitation treatment. Acta Bio - Optica et Informatica Medica. Inzynieria Biomedyczna. 2007. V. 13, No 3, P. 240-242.

    8. Yerezhep D., Minikaev A. F., Sokolova E. V, Pronin V. A. Influence of cryotherapy on various thicknesses of skin with the use of numerical simulation. Vestnik Mezhdunarodnoi akademii kholoda. 2018. No 4, P. 35-42, DOI: 10.17586 / 16064313-2018-17-4-35-42. (In Russian)

    9. Savica M., Fonda B. and Sarabon N. Actual temperature during and thermal response after whole-body cryotherapy in cryo-cabin. J. Therm Biol., 2013. V. 38, No 4, P. 186-191. DOI: 10.1016 / j. jtherbio. 2013.02.004.

    10. Kao B., Kelly K. M., Aguilar G., et al. Evaluation of Cryogen Spray Cooling Exposure on In Vitro Model Human Skin. Lasers in Surgery and Medicine. 2004. V. 34. No 2. P. 146-154. DOI: 10.1002 / lsm. 10245.

    11. Yerezhep D., Minikaev A. F., Pronin V. A., Zakharenko V. P. Modeling the temperature changes of skin cover in the process of cryotherapeutic exposure. Vestnik Mezhdunarodnoi akademii kholoda. 2018. No 2, P. 71-77, DOI: 10.17586 / 1606-4313-201817-2-71-77. (In Russian)

    12. Baranov A. Yu., Ivanov V. I., Osina A., Sinkova V. A., Shestakova O. A. Monitoring of temperature of gas in the zone WBC. Vestnik Mezhdunarodnoi akademii kholoda. 2017. No 4, P. 75-81, DOI: 10.21047 / 1606-4313-2017-16-4-75-81. (In Russian)

    13. Lakhssassi A., Kengne E., Semmaoui H. Modifed pennes 'equation modelling bio-heat transfer in living tissues: analytical and numerical analysis. Natural Science. 2010. V. 2, No. 12, P. 1375-1385. DOI: 10.4236 / ns. 2010.212168.

    14. Buzdov B. K. Mathematical modeling of biological tissue cryodestruction. Applied Mathematical Sciences. 2014. V. 8. No 57. pp. 2823-2831. DOI: 10.12988 / ams. 2014.43148.

    15. Haemmerich D., Chachati L., Wright A. S, Mahvi D. M. Hepatic radiofrequency ablation with internally cooled probes: effect of coolant temperature on lesion size. IEEE transactions on biomedical Engineering. 2003. V. 50. No 4. P. 493-500. DOI: 10.1109 / TBME. 2003.809488.

    16. Tungjitkusolmun S., Woo E. J., Cao H., Tsai J. Z. Thermal-electrical finite element modelling for radio frequency cardiac ablation: effects of changes in myocardial properties. Medical & Biological engineering & Computing. 2008. V. 38. No 5. P. 562-568. DOI: 10.1007 / BF02345754.

    17. Chang I. A. Considerations for thermal injury analysis for RF ablation devices. Open biomedical engineering journal. 2010. V. 4. P. 3-12.

    18. Kakuta N .; Yokoyama S .; Mabuchi K. Human thermal models for evaluating infrared images. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. 2002. V. 21, No. 6, P. 65-72, DOI: 10.1109 / MEMB. 2002.1175140.

    19. Wilcox D. C. Turbulence Modeling for CFD. 2nd ed. DCW Industries. 1998.

    20. Correa P. C. P., Barcelos M. N. D. Numerical simulation of airfoils applied to UAVS. Engenharia Termica (Thermal Engineering). 2014. V. 13. No. 1. P. 09-12. DOI: 10.5380 / reterm. v13i1.62058.

    21. Patel K. S. Flow Analysis and Optimization of Supersonic Rocket Engine Nozzle at Various Divergent Angle using Computational Fluid Dynamics (CFD). IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering. 2014. V. 11. No. 6. P. 01-10.

    Відомості про авторів

    Ережеп Дархан

    аспірант факультету низькотемпературної енергетики Університету ИТМО, 191002, Санкт-Петербург, вул. Ломоносова, 9, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Баранов Олександр Юрійович

    д. т. н., професор факультету низькотемпературної енергетики Університету ИТМО, 191002, Санкт-Петербург, вул. Ломоносова, 9, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Information about authors

    Yerezhep Darkhan

    postgraduate student of Faculty of Cryogenic Engineering of ITMO University, 191002, Russia, St. Petersburg, Lomonosov str., 9, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Baranov Aleksandr Yurevich

    D. Sc., Professor of Faculty of Cryogenic Engineering of ITMO University, 191002, Russia, St. Petersburg, Lomonosov str., 9, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Міжнародна академія холоду

    оголошує конкурсний прийом

    21 квітня 2020 року відбудеться 27-е Загальна річне зібрання МАХ

    за адресою: Санкт-Петербург, вул. Ломоносова, 9 (Університет ИТМО, актовий зал)

    Відповідно до Статуту, Президія МАХ оголошує конкурсний прийом до Академії (секції і число вакансій вказані в таблиці).

    Право висування надається: Президіям національних і регіональних відділень МАХ, міжнародним організаціям, вищим навчальним закладам, вченим і фахівцям.

    Кандидати представляють в Секретаріат МАХ наступні документи:

    Для індивідуальних членів:

    • заяву на ім'я Президента МАХ академіка О.В. Бараненко про участь в конкурсі із зазначенням: шуканого академічного звання та секції МАХ; місця роботи і займаної посади; громадянства; дати народження (число, місяць, рік); службового та домашнього адрес; телефону, факсу (з кодом країни та міста), e-mail і сайту організації;

    • клопотання про прийом від члена МАХ або інших Академій (форма довільна);

    • три фотокартки розміром 3 * 4 см;

    • коротка інформація про науково-виробничої діяльності кандидата, перелік основних наукових праць, передбачуване напрямок особистої участі в діяльності МАХ.

    Для юридичних осіб (.коллектівние члени):

    • заяву керівника організації на ім'я Президента МАХ академіка О.В. Бараненко з проханням про вступ;

    • коротка характеристика основних напрямків діяльності організації;

    • поштову адресу, телефон, факс, e-mail і сайт організації.

    Документи надсилаються поштою (з поміткою «На конкурс») або доставляються безпосередньо за адресою: 191002, Санкт-Петербург, вул. Ломоносова, 9, оф. 2112б, головному вченому секретарю МАХ - Лаптєва Ю.А.

    Документи приймаються до 31 березня 2020 р.

    Для довідок:

    Тел. / Факс: (812) 571-69-12 Е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.


    Ключові слова: чисельний АНАЛІЗ / ТЕПЛОВОЇ ПОТІК / ТЕМПЕРАТУРА / КРІОСАУНА / криотерапевтического ЕФЕКТ / WBC / NUMERICAL ANALYSIS / HEAT FLOW / TEMPERATURE / CRYOCHAMBER / CRYOTHERAPY EFFECT

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити