Численное исследование теплопереноса в кожном покрове с учетом структурных неоднородностей

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

2. Совершенствования организации и управления пожарной охраной [Брушлинский Н.Н., Микеев А. К., Бозуков Г. С. и др. ]: Под ред. Н. Н. Брушлинского. — М.: Стройиздат, 1986. — 152 с.
3. Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».
4. Автоматизированная система управления дорожным движением [Электронный ресурс] - Режим доступа: http: //www. omsis. ru/mam. php? id=31.
ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В КОЖНОМ ПОКРОВЕ С УЧЕТОМ СТРУКТУРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ
Д. В. Коробкина, магистрант, Национальный исследовательский Томский политехнический университет,
г. Томск
Для оценки последствий воздействия теплового излучения в чрезвычайных ситуациях (в том числе, лесных пожаров [1]) могут применяться как отечественные, так и зарубежные методы, которые представляют количественные зависимости между термодинамическими и медицинскими критериями теплового поражения [2]. В настоящее время отсутствуют программные компоненты, реализующие развитые математические модели реальных теплофизических процессов, происходящих в кожных покровах и тканях человека. Настоящий проект открывает перспективы создания нового поколения медицинских информационных систем [3] для нужд МЧС и скорой медицинской помощи при минимизации и ликвидации социального ущерба от лесных пожаров.
Строение кожи. Основным способом передачи тепла от высокотемпературного источника к объекту является тепловое излучение [4]. От интенсивности теплового излучения зависит степень повреждения кожного покрова. Кожа является самым большим органом тела. Она составляет примерно 14−16% веса взрослого человека и играет ряд важных ролей и занимает площадь 1,5−2,0 м в зависимости от размеров тела человека [5]. Кожа имеет весьма сложное строение, имеющее свои особенности в различных частях тела. Кожа состоит из трех слоев: эпидермиса, дермы и подкожной клетчатки (гиподермис).
Математическая модель. Для задач моделирования кожу можно условно представить в виде слоистой структуры, а в качестве неоднородного включения рассматривать волос (рис. 1). Температурное поле в каждом слое описывается дифференциальным уравнением теплопроводности:
дТ1 3 dt
(
2гт
д 2 т дТ
dx2 dz2
ClPl
Т dt
= х2
2 Т
(d Т d Т
dx2 + dz2
сзА'-
dT. dt
= Аз
d2 Т dT

dx dz1
C P4
dT
f ?2
dt
= K
d T d2T
dx2 dz2
1, 2, 3, 4 — эпидермис, дерма, гиподерма, волосяная луковица- с -удельная теплоемкость, кДж /(кг ¦ К) — р — плотность, кг / м3- Х- коэффициент теплопроводности, Вт / (м ¦ К) — Т — температура, 0C-
Начальные и граничные условия: г = о, Т = Т, 0 ^ х ^ 0 ^ 2 ^
дТ п дТ п
x=0: & amp- = 0г& gt- 0, x=Lx: -т = 0 г & gt- 0, На границе Г0 применяем граничные условия 2-го рода, т.к. учитываем влияние теплового потока от фронта пожара:
дТ дТ
Г0) г =: 1 = qп, Л4−4 = qп, дх дх
Где дп = /(х), х- расстояние от кромки пожара, м- дп -тепловой поток от
фронта пожара, Вт / м2-
На границах Г1, Г1. 1, Г2 и Г2.1 используем граничные условия 4-го рода: Г1) Т^^г) = Т2($, х, х), Г1. 1) Т2(гх^) = Т (их, 2
dz~ Х dz'-
Г 2) T2(t, x, z) = T3(t, x, z), Г 2. 1) T4(t, x, z) = T3(t, x, z),
2 dT2 _ - dT3 — дТ4 _ - дТ3
dz dz dz dz
На границе Г3 зададимся 3 различными условиями:
дТ Fit
1) Задаем Т3 = Тз, — 2) X -3 = qm- 3) а (Те -Тъ) = -3,
дх дх
ТЪ1 = Т — температура внутренней части гиподермы, °C- qBH — тепловой поток внутренней части организма (внутреннее тепловыделение), Вт/м ¦ а-коэффициент теплопередачи, Вт / (м2 • К).
Г4. 1) T (t, x, z) = T (t, x, z), Г42) xz) = T2(t, xz) Г4. 3) T4(t, x, z) = T3(t, x, z),
-x Т=-xдТ!, -xдТ±=-xдТ2, -хдТ±=-xдТ. ,
дх дх'- дх дх дх дх '-
Исследовалось воздействие теплового потока от фронта пожара на фронтальную часть ладони.
Программирование осуществлялось на языке программирования Delphi. Результаты представлены графически с помощью программы Origin Pro 8.
Анализируя рисунок 2, можно сделать вывод о том, что:
1) наличие структурных неоднородностей в составе кожного покрова изменяет температурное поле в нем при воздействии лучистого теплового потока-
2) в силу отличных теплофизических характеристик в зоне нахождения волосяной луковицы формируется поле пониженной температуры-
3) пониженная температура наблюдается в области выхода волоса из кожного покрова-
4) наличие структурных неоднородностей будет приводить к формированию ячеистой структуры внутри и на поверхности кожного покрова с пониженными значениями температур-
5) данный факт следует учитывать при разработке нового поколения противоожоговых медицинских средств и перевязочных материалов.
Рис. 1. Геометрия области решения задачи: 1 — эпидермис- 2 — дерма- 3 — гиподерма- 4 — волос
Рис. 2. Изменение температуры в слое кожи через 3 с при значении теплового потока от фронта пожара 3 кВт/м
Список использованной литературы
1. Кузнецов Г. В., Барановский Н. В. Прогноз возникновения лесных пожаром и их экологические последствия. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. -301 с.
2. Еналеев Р. Ш., Теляков Э. Ш., Закиров А. М., Чистов Ю. С., Закиров Г. М. Прогнозирование санитарных потерь от воздействия теплового излучения в чрезвычайных ситуациях // Безопасность жизнедеятельности. 2011. — Т. 121. — № 1. — С. 36−41.
3. Гусев А. В. Рынок медицинских информационных систем: обзор, изменения, тренды // Врач и информационные технологии. 2012. — № 3.
4. Закиров А. М. Количественная оценка опасности поражения человека тепловым излучением при пожарах на химических и нефтехимических предприятиях: дисс. … канд. техн. наук. — Казань: Казанский государственный технологический университет, 2011.
5. Пушкарева А. Е. Лазерный селективный нагрев элементов кожной ткани: дисс. … канд. техн. наук. — СПб: С. -Петербургский гос. ун-т информ. техн., механики и оптики, 2006.
6. Xu F., Lu T. J, Seffen K. A. Biothermomechanical behavior of skin tissue // Acta Mechanica Sinica. 2008. Vol. 24. No. 1. P. 1−23. (doi: 10. 1007/s10409−007−0128−8).

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой