Главная » 2014»Сентябрь»19 » Скачать Термоэлектрические охлаждающие устройства для локального теплового воздействия в медицине. Хазамова, Мадина Абдулаевна бесплатно
08:02
Скачать Термоэлектрические охлаждающие устройства для локального теплового воздействия в медицине. Хазамова, Мадина Абдулаевна бесплатно
Термоэлектрические охлаждающие устройства для локального теплового воздействия в медицине
Диссертация
Автор: Хазамова, Мадина Абдулаевна
Название: Термоэлектрические охлаждающие устройства для локального теплового воздействия в медицине
Справка: Хазамова, Мадина Абдулаевна. Термоэлектрические охлаждающие устройства для локального теплового воздействия в медицине Дис. канд. техн. наук : 05.04.03 Махачкала, 2006 c. :
Объем: стр.
Информация: Махачкала, 2006
Содержание:
ГЛАВА
I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ИОСТАНОВКА ЗАДАЧИССЛЕДОВАНИЯ
11 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙТЕХНИКИ
12 МЕТОДЫ РАСЧЕТА И МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРО- ИТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХХОЛОДИЛЬНИКАХ
13 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯЛОКАЛЬНОГО ХОЛОДОВОГО И ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЙ В МЕДИЦИНЕ
131 Механизмы, методы и средства холодового и тепловоговоздействий на организм
132 Полупроводниковые термоэлектрические устройства длядиагностики заболеваний и проведения лечебных процедур вмедицине
14 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХОЛОДИЛЬНИКОВ ДЛЯХОЛОДОВОГО и ТЕИЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЙ НАКОНЕЧНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
21 АНАЛИЗ ТЕПЛОВЫХ СХЕМ для ИССЛЕДОВАНИЯ ТЭХ
22 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЭХ и ОБЪЕКТА ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИХОЛОДОВОМ и ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИЯХ в СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ
23 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЭХ и ОБЪЕКТА ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИХОЛОДОВОМ и ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИЯХ в НЕСТАЦИОНАРНОМРЕЖИМЕ
24 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЭХ и зоны ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИЛОКАЛЬНОМ ХОЛОДОВОМ и ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НАБИОЛОГИЧЕСКИЕ ТКАНИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОРГАНИЗМА
25 Выводы
ГЛАВА 3 ЭКСНЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХОЛОДИЛЬНИКОВ ДЛЯХОЛОДОВОГО и ТЕНЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЙ НАКОНЕЧНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
31 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА И МЕТОДИКАПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА
32 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГОХОЛОДИЛЬНИКА ДЛЯ ХОЛОДОВОГО И ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЙ НАСТОПУ ЧЕЛОВЕКА
33 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ ИСПЫТАНИЙ С РЕЗУЛЬТАТАМИЧИСЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
34 О Ц Е Н К А ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
35 Выводы
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА НОЛУНРОВОДНИКОВЫХТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХОЛОДИЛЬНИКОВ ДЛЯМЕДИЦИНЫ
41 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ ДЛЯ ХОЛОДОВОГО ИТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЙ НА СТОПУ ЧЕЛОВЕКА
42 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ХОЛОДИЛДЬНИК ДЛЯ ЛОКАЛЬНОГОх о л о д о в о г о и ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЙ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ТКАНИЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОРГАНИЗМА
43 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ХОЛОДИЛЬНИК ДЛЯ ЛОКАЛЬНОГОКОНТРАСТНОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
44 МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХОЛОДИЛЬНИКОВдля холодового и ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЙ в МЕДИЦИНЕ
45 Выводы
Введение:
В последние годы наблюдается устойчивая тенденция расширения кругазадач, в которых находит применение термоэлектрическое охлаждение, чтообусловлено возросшим во всем мире спросом на компактные, бесшумные инадежные устройства охлаждения. Теория энергетического применениятермоэлектрических явлений, созданная в результате известных работакадемика А.Ф. Иоффе и его сотрудников, открыла широкие возможности дляиспользования полупроводниковых термоэлектрических холодильников (ТЭХ)в различных областях техники. В результате этих работ были синтезированыновые полупроводниковые сплавы, которые позволили применить эффектПельтье на практике и приступить к серийному выпуску термоэлектрическихохлаждаюш;их приборов с характеристиками, не уступающими другимспособам охлаждения [106,107]. Перспективы развития и внедрениятермоэлектрических преобразователей тепла и генераторов электрическойэнергии определяются целым рядом преимуществ, особенноэксплуатационных, которыми они обладают по сравнению с существующимианалогами. Это возможность получения искусственного холода на основеиспользования эффекта Пельтье при отсутствии движущихся частей ихолодильного агента; сочетание в едином устройстве таких традиционнораздельных элементов, как источник холода и тепла; простота реализации;компактность; взаимозаменяемость; высокая надежность; экологическаябезопасность [71].Повышение энергетических показателей ТЭХ связано также с поискомновых материалов, обладающих высокой термоэлектрическойэффективностью, и исследованием методов их получения. Однако наличиекачественных материалов является только необходимым, но недостаточнымусловием для создания термоэлектрических генераторов (ТЭГ) итермоэлектрических охладителей (ТЭО) с высокими энергетическимипоказателями [223]. На эффективность данных устройств существенноевлияние оказывают не только параметры полупроводникового вещества, но иособенности их конструктивного исполнения, тенловые схемытермоэлектрических преобразователей, режимы их работы, условиятеплообмена и т.д.Повышенный интерес к термоэлектрическим преобразователям связанпрежде всего с экологическими ограничениями на использование хлорфторсодержаших рабочих тел в парокомпрессионных холодильных машинах.Кроме того, появились обнадеживающие результаты исследований,направленных на повышение эффективности термоэлектрического вещества.Так, в исследованиях сверхрешеток с квантовыми ямами (QWSL-структур)удалось добиться значительного увеличения термоэлектрической добротностипо сравнению с исходными материалами.Термоэлектричество, все активнее начинает использоваться в самыхразных сферах: железнодорожный транспорт, автомобильнаяпромышленность, авиационная и космическая техника, промышленнаяэлектроника и энергетика, коммутационное и компьютерное оборудование,бытовая техника [54, 72, 86, ИЗ, 117, 195, 196]. За последние годы проведендостаточно большой объем теоретических и экспериментальных исследованийТЭХ, результаты которых подтверждают возможность широкого применениятермоэлектрических систем (ТЭС). Однако, несмотря на значительный прогрессв области термоэлектрической техники, на сегодняшний день не решен вопрос осоздании ТЭХ для физиотерапии, позволяющих с максимальной эффективностьюиспользовать все преимущества как "холодового", так и теплового воздействийдля лечения человека.Анализ возможных систем охлаждения для воздействия на биологическийобъект показал, что реализация сочетания режимов охлаждения и нагрева путемиспользования других холодильников возможна только при наличиидополнительньк устройств нагрева.В связи с этим ТЭХ становятся вне конкуренции по сравнению с другимиспособами охлаждения, так как предполагают организацию режима реверса.Р1менно поэтому в диссертационной работе в качестве холодильника для6воздействия на биологический объект был выбран ТЭХ, с помощью которогопутем простого переключения направления тока возможен переход с режимаохлаждения в режим нагрева и наоборот.В условиях современности, когда реальностью нашей жизни являетсявозрастающее количество больных, необходимость воздействовать наорганизм человека средствами, обеспечивающими эффективность лечения,становится наиболее актуальной задачей. Сегодня все большеераспространение для лечебно-профилактических целей приобретаютнемедикаментозные методы, среди которых ведущее место занимаютестественные физические факторы, которые обладают адаптогенным,успокаивающим, болеутоляющим, противовоспалительным иантиспазмическим действием, способствуют повышению естественного испецифического иммунитета, образованию в организме биологическиактивных веществ. [81, 98, 199,200, 202].Локальное тепловое воздействие - один из наиболее широко применяемыхи эффективных методов медицинской реабилитации при экстремальныхсостояниях. Среди огромного арсенала физических факторов, используемых вмедицинской практике, важную роль занимают факторы тепловоговоздействия [138, 173]. Средства теплолечения, как активноевосстановительное лечение, применяются в период реконвалесценции длястимуляции жизнедеятельности организма, при развитии осложнений(например, длительном болевом синдроме), травматических пораженияхопорно-двигательного аппарата, в период заживления ран, при состоянияхпереохлаждения, при воздействии на биологически активные точки и т.п.Причем воздействие различными температурными раздражителяминеобходимо повторять таким образом, чтобы каждое последующеевоздействие оказало влияние на организм тогда, когда еще не исчезлопоследействие предшествовавшего.Механизм термотерапии достаточно сложен и складывается из местных иобщих реакций. Очаговые реакции проявляются в улучшении крово- илимфообращения и нервнотрофических процессов, что обуславливаетпротивовоспалительный, обезболивающий и рассасывающий эффект. В своюочередь, общие реакции связаны с рефлекторно-гуморальными влияниями нанервную, сердечно-сосудистую, эндокринную и другие системы организма,которые бы обеспечивали бы его саморегуляцию. Следует отметить, чтооптимальная реакция возникает только в тех случаях, когда нет чрезмернойтепловой нагрузки на организм, и изменения на клеточном, субклеточном имолекулярном уровнях не перекрываются последствиями процесса нагревабиологических тканей. Холод и тепло, прежде всего, действ)аот на кожу,играющую важную роль в жизнедеятельности организма и теснейщим образомсвязанную с центральной нервной системой. Вместе с тем, раздражаяпериферические рецепторы, тепло и холод влияют на весь организм. Действиеих реализуется через кровь, которая нагревается (охлаждается) и обогащаетсяразличными биологически активными веществами, а, разносясь по организму,влияет на различные органы и ткани.Таким образом, использование физиотерапевтических факторов длявоздействия на отдельные органы человеческого организма на сегоднящнийдень актуально, что приводит к необходимости разработки ТЭХ дляреализации новых методик лечения путем холодового и тепловоговоздействий.Существующие в настоящее время методы и средства для проведенияфизиотерапевтических процедур с использованием контрастного и тепловоговоздействия (контрастные ванны, парафино- и озокеритолечение, водяные иэлектрические грелки, компрессы, нагретый песок и др.) [74,86,95], а такжеразличные устройства, работа которых основана на использовании твердых ижидких хладоагентов не всегда обеспечивают требуемые медицинскимипоказаниями температурный режим и частоту переключения режимоввоздействия, и отличаются больщой инерционностью, большимигеометрическими размерами и низкой точностью дозирования холодового итеплового воздействий.Решение задачи обеснечения сочетания режимов холодового и тенловоговоздействий нри различной длительности импульсов, а также контроль ихтемпературных уровней, возможен только путем использования ТЭХ. Оптимальным режимом переключения холодового и теплового воздействий,определенных биологическим объектом, является 3-5 минут при холодовомвоздействии и 2-3 минуты - при тепловом воздействии. За один циклохлаждения ТЭХ переходит от принудительного режима в режиммаксимальной энергетической эффективности и далее в режим максимальнойхолодопроизводительности. При таких кратковременных циклах работы ТЭХизменяются их характеристики, в частности, холодильный коэффициент,максимальная холодопроизводительность, что требует проведенияспециальных исследований. Так как эффект холодового воздействия набиологический объект усиливается при одновременном совмещениимеханического массажа рефлексогенных зон организма, в работе учитывалосьиспользование слоя гранулята между термоэлектрической батареей (ТЭБ) иобъектом воздействия.В связи с этим диссертационная работа посвящена исследованиюпроцессов, протекающих в ТЭХ при различных режимах их работы, и ихприменению в медицинской практике.Целью диссертационной работы является исследование процессов,протекающих в ТЭХ и их оптимизация в соответствии с определяемымиобъектом воздействия режимами работы, разработка и создание на основеТЭХ новых устройств для комплексного холодового и теплового воздействийна отдельные органы человеческого организма при проведениифизиотерапевтических процедур, обеспечивающих точность дозировкитемпературных уровней и высокую надежность, а также проведение комплексатеоретических и экспериментальных исследований характеристик ТЭХ,работающих в этих режимах, которые требуют соответствующихматематических моделей, и методик расчета.Для достижения этой цели в диссертационной работе были поставленыследующие задачи:1. Провести анализ существующих методов холодового и тепловоговоздействий на отдельные органы человеческого организма и определитьрациональные режимы работы ТЭХ в медицине для различных условийэксплуатации.2. Разработать комплексную математическую модель ТЭХ,удовлетворяющую техническим требованиям, предъявляемым объектомвоздействия.3. Разработать новые конструктивные варианты ТЭХ для холодового итеплового воздействий на отдельные органы человеческого организма наоснове проведенных исследований.4. Провести комплекс экспериментальных исследований ТЭХ с цельюподтверждения полученных теоретических данных.5. Практическая реализация результатов работы.Для решения поставленных задач был проведен литературный ипатентный обзор по известным методам и устройствам температурноговоздействия, а также рассмотрены вопросы использования термоэлектрическихявлений в медицинской практике. Па основе проведенного анализа возможногохолодового и теплового воздействий на отдельные органы человеческогоорганизма и рассмотрения режимов работы ТЭХ, сочетающих в себе и тепловоевоздействие, соответствующие определенному типу лечебных процедур,разработаны математические модели ТЭХ в различных режимах: стационарноми нестационарном. В данных моделях при решении уравнения Фурьеиспользовался метод преобразования Лапласа.Результаты теоретических исследований подтверждены сериейэкспериментов, проведенных для ТЭХ на специально созданном стенде иразработанным методикам проведения испытаний.10Проведенные исследования позволяют правильно оценить возможностиТЭХ для холодового и теплового воздействий на конечности человека,провести обоснованный их выбор для различных условий эксплуатации исравнительный анализ с другими способами охлаждения.В диссертационной работе защищаются следующие положения,представляющие научную новизну:1) Метод локального теплового воздействия на основе ТЭХ для проведенияфизиотерапевтических процедур, позволяющий обеспечить контрастноехолодовое и тепловое воздействия с высокой точностью регулировки стребуемой объектом воздействия частотой переключения режимов и свысокой точностью регулировки их температурных уровней, совмещающийв себе эффект механического массажа,2) Математические модели для исследования различных режимов работ ТЭХ сучетом параметров объекта воздействия, учитывающие тепловую нагрузкучерез теплофизические параметры стопы и тепловое сопротивление через"неплотность" контакта объекта и средства воздействия.3) ТЭХ для локального холодового и теплового воздействий на отдельныеорганы человеческого организма, имеющие возможность работы вразличных частотах переключения режимов работы, обеспечиваявозможность умеренно низких и умеренно высоких температур.Полученные в работе методики температурных воздействий на органычеловека могут быть использованы в различных областях медицины, вчастности в физиотерапии и рефлексотерапии, при лечении и профилактикемногих заболеваний.
