Оценка коэффициента теплопередачи кожи. Вазоконстрикция
Обновлено: 18.04.2024
Конвективный теплообмен — обмен теплотой между частями жидкости (газа), имеющими разную температуру или между жидкостью (газом) и твердым телом. Конвективный теплообмен между жидкостью и твердым телом называют теплоотдачей.
Коэффициентом теплоотдачи называется физическая величина, которая характеризует интенсивность теплоотдачи при известном изменении температуры.
Этот коэффициент часто используют в гидроаэродинамике, когда исследуют конвективный теплообмен. Часто ее обозначают буквой . Коэффициент равен:
где — плотность теплового потока, — температурный напор. Величина q — это количество теплоты, которое передается через единичную площадь поверхности тела в единицу времени. находят как модуль разности температур жидкости и поверхности тела. Иногда температурный напор находят, например, в случае обтекания тела потоком сжимаемой жидкостью, считают равным модулю разности температуры жидкости далеко от тела и температурой поверхности тела, которая была бы в отсутствии теплообмена.
Коэффициент теплоотдачи зависит от скорости потока носителя тепла, вида течения, какова геометрия поверхности твердого тела и т.д. Это сложная величина и ее невозможно определить общей формулой. Обычно коэффициент теплоотдачи находят экспериментально.
Так, для условий свободной конвекции воздуха: (Вт/м 2 К), воды: (Вт/м 2 К). При вынужденной конвекции величины коэффициента теплоотдачи колеблются в пределах: для воздуха: (Вт/м 2 К), для воды: (Вт/м 2 К).
Формула Ньютона-Рихмана
Коэффициент теплоотдачи входит в выражение для потока тепла в веществе жидкой или газообразной среды с интенсивным изменением температуры при увеличении расстояния от охлаждаемого или нагреваемого объекта:
где — количество теплоты, которая отводится от поверхности, имеющую площадь S, — температура вещества (жидкости, газа), — температура поверхности тела. Выражение (2) называется формулой Ньютона — Рихмана.
Так как интенсивность теплообмена может изменяться при передвижении вдоль площади соприкосновения жидкого носителя с поверхностью твердого тела, вводят местный коэффициент теплоотдачи, который равен:
На практике чаще применяют средний коэффициент теплоотдачи , вычисляя его по формуле:
где температуры берут средние для поверхности и для вещества.
Дифференциальное уравнение теплоотдачи
Дифференциальное уравнение теплоотдачи показывает связь между коэффициентом теплоотдачи и полем температур среды (жидкости или газа):
где , — градиент температуры, индекс n=0 значит то, что градиент берут на стенке.
Критерий Нуссельта
Критерий Нуссельта ( ) является характеристикой теплообмена на границе между жидкостью и стеной:
где — характерный линейный размер, — коэффициент теплопроводности жидкости. Для стационарного процесса критерий Нуссельта находят, используя критериальное уравнение конвективного теплообмена:
где постоянные. — критерий Рейнольдса, — критерий Прандтля, — критерий Грасгофа.
Коэффициент теплоотдачи и его связь с коэффициентом теплопередачи
Коэффициентом теплопередачи через плоскую стенку связан с коэффициентами теплоотдачи выражением:
где — коэффициент теплоотдачи от первой среды к стенке, — коэффициент теплоотдачи от стенки ко второй среде, — толщина стенки, — коэффициент теплопроводности стенки.
Единицы измерения
Основной единицей измерения коэффициента теплоотдачи в системе СИ является:
=Вт/м 2 К
Примеры решения задач
| Задание | Вычислите тепловой поток, который передается от воды к стенке трубы горизонтального трубчатого радиатора, если средний коэффициент теплоотдачи равен Вт/м 2 К, внутренний диаметр трубы равен м, длина трубы м. Средняя температура воды в трубе по длине равна 80 o C, температура внутренней стенке трубы |
| Решение | За основу решения задачи примем выражение: |
Площадь поверхности трубы найдем как площадь боковой поверхности цилиндра:
Оценка коэффициента теплопередачи кожи. Вазоконстрикция
Богданова Т.М. 1 Бакуткин В.В. 2 Большаков А.А. 3 Бакуткин И.В. 2 Мельников Л.А. 3 Спирин В.Ф. 2 Наливаева А.В. 1
1 ГОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского Минздрава России»
В современной медицине все большее место занимают высокотехнологичные методы исследования показателей функционального состояния организма человека. Одним из таких методов является мониторирование кожной температуры тела. Точность измерения средней температуры кожи растет с увеличением количества участков и частоты измерения. Мониторинг температуры рекомендован при многих заболеваниях внутренних органов и систем, педиатрии, анестезиологии, хирургии, инфекционных болезнях, онкологи, ожогах и отморожениях. Учитывая широкое распространение лихорадочного синдрома, большое значение имеют характеристики лихорадки: начало, выраженность, тип температурной кривой и др. Температурные кривые дают наглядное представление о характере лихорадки, и имеют существенное диагностическое и прогностическое значение. В настоящее время разработан быстродействующий термометр с беспроводным каналом передачи данных, который может использоваться для мониторинга кожной температуры тела человека.
3. Верткин А.Л., Таточенко В.К. Лихорадочный синдром у детей и взрослых: алгоритм диагностики и тактика ведения на догоспитальном этапе // Неотложная терапия. - 2002. - № 1. - С. 32-36.
4. Гаджиев Х.М., Гусейнов А.Б. Термоэлектрическое устройство для точного измерения температуры // Приборостроение. - 2000. -№ 5. - С. 36-39.
5. Геппе Н.А., Зайцева О.В. Представления о механизмах лихорадки у детей, и принципах жаропонижающей терапии. // Российский медицинский журнал. - 2003. - Т. 11, № 1. - С. 31-37.
6. Долгова, И.А., Шахов Э.К. Об одном алгоритме измерения температуры// Мехатроника, автоматизация, управление. - М.: Новые технологии, 2007. - № 8. - С.20-24.
7. Зубенко В.Г., Морозов А.А., Щукин С.И. Результаты проектирования аппаратно-программного комплекса для дистанционного мониторинга параметров центральной термодинамики // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. - 2002. - № 9. - С. 53-57.
8. Краснопольская К.В., Горская О.С., Кабанова Д.И., Крстич Е.В. Роль гестагенов в лечении бесплодия и невынашивания беременности // Акушерство и гинекология. - 2012. -№ 2. - С. 21-23.
10. Amoateng-Adjepong Y., Del Mundo J., Manthous C.A. Accuracy of an infrared tympanic thermometer // Chest 1999. - Vol.115, № 4. - Р. 1002-1005.
11. Brauchi S., Orta G., Salazar M., Rosenmann E., Latorre R. A hot-sensing cold receptor: C-terminal domain determines thermosensation in transient receptor potential channels //J Neurosci. - 2006. - № 26. -Р. 4835-4840.
12. Вurgess G.E .III, Cooper J.R., Marino R.J., Peuler M.J. Continuous monitoring of skin temperature using a liquid-crystal thermometer during anesthesia // South Med J. - 1978. - № 71. -Р. 516-518.
13. Chamberlain J., Terndrup T., Alexander D. Determination of normal ear temperature with an infrared emission detection thermometer // Ann. Emerg. Med. - 1995. - № 25. - Р. 15-20.
14. Daniel I., Sessler M.D. Temperature Monitoring and Perioperative Thermoregulation // Anesthesiology. - 2008. - № 109. - Р. 318-338.
15. El-Radhi A.S., Barry W. Thermometry in pediatric practice // Arch. Dis. Child. - 2006. - № 91. - Р. 351-356.
16. Hassan M., Togawa T. Observation of skin thermal inertia distribution during reactive hyperemia using a single-hood measurement system // Physiol. Meas. - 2001. - Vol. 22, № 1. - Р. 187-200.
18. Hessemer V., Bruck K. Influence of menstrual cycle on thermoregulatory, metabolic, and heart rate responses to exercise at night //J Appl Physiol. - 1985. - № 59. - Р. 1911-1917.
19. Khawar M., Naser A., Zhiying W. Digital thermal monitoring of vascular functions novel tool to improve cardiovascular risk assessment //Vascular Medicine. - 2009. -№ 14. - Р. 143-148.
20. Lenhardt R., Sessler D.I. Estimation of mean body temperature from mean skin and core temperature //Anesthesiology. - 2006. - № 105. - Р. 1117-1121.
21. Lopez M., Ozaki M., Sessler D.I., Valdes M. Mild core hyperthermia does not alter electroencephalographic responses during epidural //J Clin Anesth. - 1993. - № 5. - Р. 425-430.
22. Nakamura K, Morrison SF. A thermosensory pathway that controls body temperature //Nat Neurosci. - 2008. - № 11. - Р. 62-71.
23. Poulos D.A. Central processing of cutaneous temperature information // FedProc. - 1981. - № 40. - Р. 2825-2829.
24. Stoner H.B., Barker P., Riding G.S. Relationships between skin temperature and perfusion in the arm and leg //Clin. Physiology. - 1991. - Vol. 11, № 1. - Р. 27-40.
Первое измерение температуры тела было выполнено более 100 лет назад (Harvey Cushing 1895). Измерение производилось ртутным термометром. В настоящее время в медицинской практике используют ртутные, электронные, инфракрасные, жидкокристаллические термометры [4]. Ртутные термометры имеют наибольшее распространение, обладают достаточной точностью измерения. Основным недостатком их использования является наличие ртути, являющейся токсическим веществом, В связи с этим в странах Евросоюза с 2007 года отказались от эксплуатации ртутных термометров.
Наиболее распространенными видами электронных термометров являются термисторы и термопары. Чувствительность довольно высока, так как поверхность контакта полупроводника с исследуемой поверхностью достаточно мала (меньше 1 мм в диаметре). Клинически используемые термисторы имеют разрешающую способность в 0,2 °С при температуре до 45 °С.
Жидкокристаллические термометры меняют цвет при изменении температуры и прикрепляются непосредственно к коже обследуемого. Оценка результатов измерения имеет некоторый субъективизм.
При использовании высокоэффективных приборов для систем дистанционного контроля кожной температуры повышается точность регистрации данных, возникает возможность измерений с заданными интервалами времени, обработки и архивирования полученных результатов. В настоящее время разработан быстродействующий термометр с беспроводным каналом передачи данных, обладающий повышенной продолжительностью работы с временем измерения 1-2 с и погрешностью не более ±0,1 °С, который может использоваться для мониторинга кожной температуры [6, 7].
Температура тела человека поддерживается с высокой точностью. В процессе контроля температуры задействованы все отделы вегетативной нервной системы. Главным звеном в терморегуляции является гипоталамус [1, 23]. В него поступает тепловая информация от внутренних органов и тканей, при этом на пути от периферии к центру эта информация частично обрабатывается [11]. В норме температура тела человека колеблется в пределах 35,5 - 37,2 °С, зависит от пола, возраста, факторов окружающей среды.
Принято выделять две основные зоны измерения температуры тела - ядро и оболочка. Под оболочкой понимают кожу и другие поверхностно расположенные структуры, а ядро - кровь и все внутренние органы. Температура ядра зависит от интенсивности физиологических процессов, происходящих во внутренних органах и несколько выше температуры оболочки [20]. Значение центральной температуры меньше 36 °С и больше 38 °С, свидетельствует либо о нарушении терморегуляции, либо о чрезвычайно неблагоприятной температуре окружающей среды, при которой терморегуляционные защитные механизмы оказываются неэффективными. Внутрипороговый диапазон температуры составляет 0,2-0,4 °С. Теплоотдача преимущественно производится через поверхность кожи [1, 2, 17].
Температура тела человека является результатом разницы между теплопродукцией и теплопотерей. Это может быть выражено следующим уравнением:
dH = M + W ± R ± Cn ± Cv - Ev,
где dH - это изменение температуры.
Принято считать допустимой суммарную погрешность измерения (погрешность термометра + погрешность «около центральности» места измерения) не более 0,5 °С. Одной из основ данной рекомендации являются данные, указывающие, что именно 0,5 °С - это то минимально значимое изменение температуры, которое может приводить к осложнениям.
Одним из спорных и обсуждаемых вопросов в медицине является место измерения температуры человека. При этом следует учитывать, что существует разница в значениях температуры органов и тканей поверхностно расположенных и в центральных областях тела человека [22, 24]. В частности, температура поверхности кожи лба, на 2 °С ниже центральной и мало зависит от степени вазодилатации и вазоконстрикции.
Подмышечная впадина является самой традиционной зоной термометрии. Термодатчик обычно располагается над подмышечной артерией. На результаты измерения влияют положение датчика и руки пациента, которая должна быть прижата к сухой боковой поверхности тела.
Ротовая полость - часто используется в клинике. Однако показатели зависят от температуры принятой пищи, вентиляции (дыхание ротовое или носовое). Рядом расположенная назофарингеальная зона используется у пациентов, у которых отсутствует носовое дыхание, иначе результаты термометрии будут неинформативны. Кроме того, при данном способе измерения температуры высока опасность носового кровотечения.
Барабанная перепонка также используется редко, ввиду высокого риска перфорации перепонки и кровотечений [10, 13]. В основном измерения температуры в этой зоне используется при патологии среднего уха для оценки эффективности проводимой терапии, в дифференциально-диагностическом поиске и как скрининг-метод при профилактический осмотрах.
Прямая кишка - наиболее частая зона термометрии, на показатели которой влияют наличие каловых масс, перитонеальный лаваж и другие факторы. Ректальная температура выше аксиллярной на 0,5-1,0 °С.
Для измерения кожной температуры над областью височных артерий используются термометры, которые измеряют температуру с частотой 10 Гц и определяют наивысшую температуру по мере сканирования кожи лба с захватом области височных артерий.
На поверхности человеческого тела температура распределяется симметрично (разница не превышает 0,24 °С). Наличие большей разницы указывает на повреждение сосудисто-нервного пучка и другой патологии.
Точность измерения средней температуры кожи растет с увеличением количества участков измерения. Кроме того, точность измерения температуры тела зависит от частоты ее измерения. Самым лучшим способом является динамическое измерение или мониторинг температуры тела за определенный промежуток времени [14]. В первую очередь, это зависит от вида нозологии, тяжести протекания патологического процесса, а также играет неоценимую роль в дифференциальном поиске и скрининге пациентов, особенно в период эпидемий.
В связи с тем, что лихорадка является одним из самых ранних признаков болезни, когда еще нет других клинических симптомов заболевания, в том числе и параметров самой лихорадки (длительность, характер температурной кривой и др.) это представляет особенные трудности в дифференциальной диагностике [3]. Повышение температуры тела не всегда является признаком инфекционного заболевания. В некоторых случаях этот ответ организма на какой-либо другой патологический процесс (онкологические заболевания, ДБСТ и др.). Кроме того, повышенная температура тела может возникнуть в результате: а) нарушенного соотношения между теплопродукцией и теплоотдачей; б) при тепловых заболеваниях (тепловой удар, гипертиреоз и др.); в) физиологических процессах (физическая нагрузка, стресс, циркадные ритмы и др.) [19].
Злокачественная гипертермия - это состояние острого гиперметаболизма скелетной мускулатуры, которое возникает при проведении общей анестезии или сразу после нее [12, 21]. В педиатрической практике термометрия является одним из важных показателей здоровья малыша, особенно у детей в возрасте до 36 месяцев [5, 9, 15]. Термометрия является одним из старейших методов диагностики и в гинекологической практике. Так, примером служит тест на измерение базальной температуры [8, 18]. Субфебрилитет - повышение температуры тела в пределах 37-37,9 °С, выявляемое постоянно или в какое-либо время суток на протяжении нескольких дней, месяцев и т.д. Сам по себе субфебрилитет имеет самостоятельное диагностическое значение, что особенно важно, когда он является единственным симптомом начавшегося патологического процесса, в то время как другие объективные признаки еще отсутствуют. Точек приложения мониторирования температуры бесконечное множество [16]. Нет ни одной специальности в клинической медицине, где бы ни применялся динамический контроль температуры.
Учитывая широкое распространение лихорадочного синдрома, большое значение в данной ситуации имеют характеристики лихорадки: начало, выраженность, тип температурной кривой и др. Начало лихорадки может быть острым и постепенным. Температурная кривая - это графическое изображение динамики температуры тела, фиксирующаяся через определенные промежутки времени. Температурные кривые дают наглядное представление о характере лихорадки, и, как правило, имеют существенное диагностическое и прогностическое значение.
Лихорадочные реакции различаются в зависимости от уровня подъема температуры на субфебрильную - 37,2 - 38,0 ºС , фебрильную - 38,1 - 39,0 ºС, пиретическую - 39,1 - 40,0 ºС, гиперпиретическую выше 40,0 ºС.
По характеру температурной кривой существуют следующие виды лихорадок:
1. Постоянная лихорадка (febris continua) - температура превышает 39 °С, разница между утренней и вечерней температурой тела максимум 1ºС. Температура тела в течение дня остается равномерно высокой. Такой тип лихорадки характерен при пневмококковой пневмонии, брюшном тифе, паратифе и др.
2. Послабляющая (ремитирующая) лихорадка (febris remittens) - температура тела может опускаться ниже 38 ºС, но не достигать нормальных цифр; суточные колебания температуры превышают 1 ºС (пневмонии, ОРВИ, острой ревматической лихорадке, ювенильном ревматоидном артрите, эндокардите, туберкулезе, абсцессах и др.).
3. Перемежающаяся (интермитирующая) лихорадка (febris intermittens) - характеризуется резким подъемом температуры тела до 39-40° и больше и спадом в короткий срок до нормальных и даже субнормальных цифр; суточные колебания максимальной и минимальной температуры не менее 1 ºС (малярия, пиелонефрит, плеврит, сепсис.).
4. Истощающая или гектическая, лихорадка (febris hectica) - характеризуется большими суточными колебаниями температуры тела (свыше 3°) и резким падением ее до нормальных и субнормальных цифр, но суточные ее колебания составляют более 2-3ºС (туберкулез, сепсис).
5. Возвратная лихорадка (febris recurrens) - высокая лихорадка в течение 2-7 дней, чередующаяся с периодами нормальной температуры, длящейся несколько дней. Лихорадочный период начинается внезапно и также внезапно заканчивается. Подобный тип лихорадочной реакции наблюдается при возвратном тифе, малярии.
6. Волнообразная лихорадка (febris undulans) - постепенное нарастание температуры до высоких цифр с последующим снижением ее и повторным формированием отдельных волн (лимфогранулематоз, бруцеллезе и др.).
7. Извращенная (инверсная) лихорадка (febris inverse) - отмечается извращение суточного температурного ритма с более высокими подъемами температуры в утренние часы; подобный тип лихорадки встречается у больных туберкулезом, сепсисом, опухолями, свойственен некоторым ревматическим заболеваниям.
8. Неправильная или атипичная лихорадка (irregularis или febris atypical) - лихорадка, при которой отсутствуют какие-либо закономерности подъема и снижения температуры.
Только некоторые заболевания проявляются характерными температурными кривыми; однако важно знать их типы для проведения дифференциальной диагностики.
Следует отметить, что в современных условиях типичные температурные кривые встречаются редко, что связано с ранним и бесконтрольным приемом этиотропных и жаропонижающих лекарственных препаратов.
Однако в ряде случаев характер начала лихорадки может сразу же вывести на диагноз. Так, например, внезапное начало лихорадочного синдрома характерно для гриппа, менингита, малярии, подострое (2-3 дня) - для сыпного тифа, орнитоза, Ку-лихорадки, постепенное - брюшного тифа, бруцеллеза.
Таким образом, практически каждое заболевание имеет варианты температурных кривых, среди которых есть наиболее частые, т.е. типичные для той или иной нозологической формы, которые позволяют достаточно точно поставить диагноз. Для диагностики большое значение имеет изменение температурной кривой под влиянием лекарственных препаратов. Несмотря на то, что лихорадка развивается при многих патологических процессах в организме человека, существует ряд особенностей в ее протекании, которые могут использоваться для дифференциальной диагностики.
Таким образом, мониторинг температуры тела человека имеет высокую информативность в диагностике многих заболеваний. Появление новых технических решений, развитие информационных систем требует дальнейших исследований и внедрений высокотехнологичных устройств в области мониторинга кожной температуры тела человека. Это научное направление является интегральным, объединяющим как биофизические аспекты, так и медицинские.
Установление давности наступления смерти определением коэффициента теплопроводности кожи в области трупного пятна
Килин В.В. Установление давности наступления смерти определением коэффициента теплопроводности кожи в области трупного пятна / Килин В.В.: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук. —Москва, 2006.
библиографическое описание:
Установление давности наступления смерти определением коэффициента теплопроводности кожи в области трупного пятна / Килин В.В. — 2006.
код для вставки на форум:
КИЛИН Владимир Валентинович
УСТАНОВЛЕНИЕ ДАВНОСТИ НАСТУПЛЕНИЯ СМЕРТИ ОПРЕДЕЛЕНИЕМ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ КОЖИ В ОБЛАСТИ ТРУПНОГО ПЯТНА
14.00.24. - «Судебная медицина»
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук
Работа выполнена в ГОУ ВПО "Ижевская государственная медицинская академия Росздрава"
Научный руководитель:
доктор медицинских наук, профессор Владислав Иванович Витер
Официальные оппоненты:
доктор медицинских наук,
Сергей Сергеевич Абрамов
кандидат медицинских наук,
доцент Евгений Христофорович Баринов
Ведущая организация:
Бюро судебно-медицинской экспертизы Департамента здравоохранения г. Москвы
Защита состоится "_"_2007 года в_часов на
заседании диссертационного совета Д208.041.04 при ГОУ ВПО " Московский государственный медико-стоматологический университет Росздрава" по адресу: 127473, г. Москва, ул. Делегатская, д. 20/1.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО " Московский государственный медико-стоматологический университет Росздрава" по адресу 127206, г. Москва, ул. Ву-четича, д. 10а.
Автореферат разослан "_"_200_ года.
Ученый секретарь диссертационного совета, к.м.н., доцент
Актуальность проблемы Проблема определения давности наступления смерти, занимает одно из ведущих мест в судебной медицине (Евгеньев-Тиш Е.М. 1963; Билкун В.В., Науменко В. Г 1989; Витер В.В., Толстолуцкий В.Ю. 1995; Новиков П.И. и соавт., 2004). Решение ее на основе лишь качественной оценки трупных явлений, нередко оказывается весьма затруднительным. Вот почему применение новых инструментальных методов, может позволить получить более полное представление об изменениях органов и тканей, происходящих в посмертном периоде, а значит объективизировать доказательную базу полученных данных. В настоящее время установление дифференциально-диагностических критериев давности наступления смерти осуществляются преимущественно по двум направлениям - морфологическому и биофизическому (Куликов В.А., Витер В.И., 1999, Вавилов А.Ю. 2000, и др.). Однако инструментальные методы в большинстве случаев требуют дорогостоящего, сложного лабораторного обеспечения. К сожалению, широко представленная в отечественной, зарубежной литературе и рассматриваемая судебными медиками в разных аспектах проблема установления давности смерти, не смотря на значительное число предлагаемых методов, по-прежнему вызывает значительные затруднения, поэтому требует дальнейшего детального изучения. Одним из наиболее важных и перспективных направлений является выработка критериев количественной оценки трупных явлений, развивающихся в раннем постмортальном периоде, таковым является появление на теле трупных пятен.
Из курса теплофизики известно, что отличные по своему физическому и химическому составу материалы имеют разную теплопроводность (Касаточкин В.И., Пасынский А.Г. 1960), зависящую от многих внешних и внутренних факторов. В процессе умирания, происходящие морфофункциональные изменения, приводят к изменению биофизического состояния тканей. Так П.И. Бегун и Ю.А. Шукейло (2000) приводят значение коэффициента теплопроводности васкуляризированой и неваскуляризированой кожи, а так же при слабом и сильном кровотоке, которые значительно различаются по величине. Таким образом, допускается возможность изменения теплопроводности кожи в области трупных пятен в зависимости от давности и скорости наступления смерти. Это послужило одним из оснований для проведения детального судебно-медицинского исследования, направленного на определение давности наступления смерти, основанного оценке изменения теплопроводности кожи в области трупных пятен.
Проведенная работа является продолжением программы кафедры судебной медицины Ижевской государственной медицинской академии, направленной на изучение закономерности изменения теплопроводности кожи трупа, в зависимости от влияния внешних и внутренних факторов (Хохлов С.В. 2001, Акбашев В.А. 2002, Бабушкина К.А. 2006).
Актуальность темы, ее практическая значимость для судебно-медицинской практики явились основанием для выполнения настоящего исследования, что позволило сформулировать следующую цель исследования: разработать достоверные дифференциально-диагностические экспертные критерии для уточнения давности наступления смерти по величинам коэффициентов теплопроводности кожи в области трупных пятен.
- Проанализировать возможность применения разработанной ранее методики забора образцов кожи, для определения коэффициента теплопроводности у трупов лиц при различной давности смерти, с учетом темпа ее наступления, используя оригинальный программно-аппаратный комплекс.
- Исследовать изменение значений коэффициента теплопроводности кожи в зависимости от давности и темпа наступления смерти.
- Установить экспертные критерии давности наступления смерти по коэффициенту теплопроводности кожи из области трупного пятна в раннем посмертном периоде.
- Произвести анализ зависимости коэффициента теплопроводности кожи от ряда эндо- и экзогенных факторов (пол, возраст, локализация трупного пятна, причина смерти).
- Сформулировать рекомендации для практической деятельности, предложив алгоритм действий судебно-медицинского эксперта при определении давности наступления смерти по величине коэффициента теплопроводности кожи в области трупного пятна.
Научная новизна исследования состоит в том, что на базе практического судебно-медицинского материала осуществлено исследование теплофизических параметров кожи из области трупных пятен с установлением закономерностей, позволяющих использовать полученные данные в качестве обоснования при определении давности наступления смерти.
Практическая значимость результатов исследования работы заключается в том, что величина коэффициента теплопроводности кожи в области трупных пятен является дифференциально-диагностическим критерием, который целесообразно использовать в практике судебной медицины для установления давности наступления смерти.
- В раннем посмертном периоде, с течением времени происходит увеличение теплопроводности кожи в области трупных пятен, что позволяет использовать данный фактор в качестве диагностического критерия для объективизации определения давности наступления смерти.
- При диагностике давности смерти методом определения теплопроводности кожи в области трупного пятна следует учитывать скорость ее наступления.
- Пол, возраст, причина смерти, локализация трупных пятен не оказывают влияния на теплопроводность кожи, следовательно, не требуют внесения поправочных коэффициентов при установлении давности наступления смерти.
Полученные результаты исследования используются в учебном процессе кафедр судебной медицины Ижевской государственной медицинской академии, Самарской государственной медицинской академии, внедрены в работу Государственного учреждения здравоохранения "Бюро судебно-медицинской экспертизы" Удмуртской Республики, Государственного учреждения Тюменской области " Областное бюро судебно-медицинской экспертизы", Государственного учреждения Свердловской области "Областное бюро судебно-медицинской экспертизы", Государственного учреждения здравоохранения " Набережно-Челнинское бюро судебно-медицинской экспертизы".
Апробация работы. Результаты исследования докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры судебной медицины ГОУ ВПО "Ижевская государственная медицинская академия", Республиканского общества судебных медиков Удмуртии (Ижевск, 2004), а так же II межрегиональной межвузовской научной конференции молодых ученых и студентов "Актуальные вопросы биологии и медицины" (Ижевск, 2005).
При увеличении удельных мощностей двигателей внутреннего сгорания возрастает количество теплоты, которое необходимо отводить от нагретых узлов и деталей. Эффективность современных систем охлаждения и способ увеличения интенсивности теплопередачи практически достигли своего предела. Целью данной работы является исследование инновационных охлаждающих жидкостей для систем охлаждения теплоэнергетических устройств на основе двухфазных систем, состоящих из базовой среды (вода) и наночастиц. Рассмотрен один из методов измерения теплопроводности жидкости под названием 3ω-hot-wire. Представлены результаты измерения коэффициента теплопроводности наножидкости на основе оксида графена при различной концентрации последнего. Установлено, что при применении 1,25 % графена коэффициент теплопроводности наножидкости увеличился на 70 %.
1. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена: учеб. пособие для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1979. - 320 с.
3. Anomalously increased effective thermal conductivities of ethylene glycol-based nanofluids containing copper nanoparticles / J.A. Eastman, S.U.S. Choi, S. Li, W. Yu, L.J. Thompson Appl. Phys. Lett. 78,718; 2001.
4. Thermal Conductivity Measurements Using the 3-Omega Technique: Application to Power Harvesting Microsystems / David de Koninck; Thesis of Master of Engineering, McGill University, Montréal, Canada, 2008. - 106 с.
Известно, что при современных тенденциях повышения удельных мощностей двигателей внутреннего сгорания, а также к более высоким скоростям и меньшим размерам для микроэлектронных устройств постоянно возрастает количество теплоты, которое необходимо отводить от нагретых узлов и деталей. Применение различных теплопроводящих жидкостей для отвода тепла является одним из наиболее распространенных и эффективных способов. Эффективность современных конструкций охлаждающих устройств, как и обычный способ увеличения интенсивности теплопередачи, практически достигли своего предела. Известно, что обычные охлаждающие жидкости (вода, масла, гликоли, фторуглероды), обладают достаточно низкой теплопроводностью (табл. 1), что является ограничивающим фактором в современных конструкциях систем охлаждения. Для увеличения их теплопроводности можно создать многофазную (минимум двухфазную) дисперсную среду, где роль дисперсии выполняют частицы со значительно большим коэффициентом теплопроводности, чем базовая жидкость. Максвелл в 1881 году предложил добавить твердые частицы с высокой теплопроводностью в базовую теплопроводящую охлаждающую жидкость.
Идея состоит в том, чтобы смешать металлические материалы, такие как серебро, медь, железо, и неметаллические материалы, такие как глинозем, CuO, SiC и углеродные трубки, обладающие более высокой теплопроводностью по сравнению с базовой теплопроводящей жидкостью с меньшим коэффициентом теплопроводности. Первоначально твердые частицы (такие как серебро, медь, железо, углеродные трубки, обладающие более высокой теплопроводностью по сравнению с базовой жидкостью) микронных и даже миллиметровых размеров были смешаны с базовыми жидкостями с получением суспензий. Достаточно большой размер применяемых частиц и трудности в производстве наноразмерных частиц стали ограничивающими факторами в применении таких суспензий. Указанная проблема была решена работами сотрудников Аризонской национальной лаборатории S. Choi и J. Eastman, которые провели эксперименты с металлическими частицами нанометровых размеров [3]. Они соединяли различные металлические наночастицы и наночастицы металлических окислов с различными жидкостями и получили очень интересные результаты. Эти суспензии наноструктурированных материалов были названы «наножидкостями».
2. Авдуевский В.С., Галицейский Б.М. и др. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике. - М.: Машиностроение, 1992. - 528 с.
3. Журин С.В. Методика численного моделирования конвективного теплообмена на телах сложной формы с использованием метода эффективной длины // Дис. канд. физ-мат. наук, МФТИ, - М., 2009.
4. Ващенков П.В. Численный анализ высотной аэротермодинамики космических аппаратов // Дис. канд.-тех. наук, ИТПМ СО РАН. - Новосибирск, 2012.
5. Хлопков Ю. И., Чернышев С.Л., Зея Мьо Мьинт, Хлопков А. Ю. Введение в специальность II. Высокоскоростные летательные аппараты.- М.: МФТИ, 2013. - 192 с.
6. Зея Мьо Мьинт, Хлопков А.Ю. Исследование аэротермодинамики перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов // Труды МАИ. - 2013, № 66. - 19 с.
Развитие ракетно-космической техники требует непрерывного совершенствования науки о процессах теплообмена, развития теории теплопередачи 4. В настоящее время существует несколько подходов к оценке конвективного теплообмена сверхзвуковых летательных аппаратов. Они обладают достаточно хорошей точностью, но требует большого времени для вычисления. Другие основаны на упрощенных инженерных методиках, требуют малых затрат расчётного времени, но специфика существующих алгоритмов быстрого счёта позволяет оценивать тепловые потоки на телах простой формы. Одним из таких методов является метод эффективной длины [2, 3, 7].
Этот метод основан на использование особенностей развития пограничного слоя, заключающихся в том, что в случае ускоренных течений теплообмен в рассматриваемом сечении определяется в основном параметрами потока и толщиной пограничного слоя в этом сечении. В значительно меньшей степени тепловой поток зависит от условий, в которых пограничный слой развивался от точки его образования до рассматриваемого сечения. В соответствии с этими особенностями, метод эффективной длины состоит в том, что при расчете теплообмена действительное сечение заменяется течением над пластиной (для осесимметричного тела - над цилиндром) с параметрами потока, равными параметрам рассматриваемого сечения. Длина пластины или цилиндра xэф выбирается из условия нарастания на ней теплового пограничного слоя толщиной, равной толщине слоя в рассчитываемого сечения тела.
Целью настоящей работы является определение конвективного теплообмена на поверхности тела при ламинарном и турбулентном пограничном слое с использованием метода эффективной длины.
Формулы для расчета теплообмена при ламинарном пограничном слое
Тепловой поток определяется по формуле Ньютона
Для воздуха при ламинарном пограничном слое r = 0.84.
Критериальное уравнение для определения коэффициента теплоотдачи при течении над пластиной
Коэффициент K учитывает влияние сжимаемости. Используя это уравнение и метод эффективной длины для расчета теплообмена при произвольном распределении параметров потока вдоль образующей тела, будем иметь
где K1 - поправка на влияние продольного градиента давления
В частном случае Tw = const, приближенное выражение для определения эффективной длины имеет вид
Под интегралом стоят переменные величины R(x), ρw, u1 изменяющиеся от начала образования пограничного слоя (критическая точка) до рассматриваемого сечения. В знаменателе R(x), ρw, u1 соответственно радиус вращения, плотность и скорость в рассматриваемом сечении.
Учитывая постоянство Tw, плотность газа ρw можно определить из соотношения
где ρw0 и p01 параметры воздуха в критической точке.
Поправка на сжимаемость рассчитывается по формуле
где µw и ρw определяются по Tw, µ1, ρ1 по T1, а m*r* по максимальной температуре Tmax = T* в пограничном слое.
ПриT* определяется по формуле
Максимальная температура в пограничном слое равна температуре внешнего потока T* = T1. В этом случае
Поправка на влияние градиента скорости
где m - показатель степени в выражении u1 = b xm,
.
При течении в окрестности критической точки m = 1 и
В случае обтекания конуса m = 0, K1 = 1.
Определив критерий Нуссельта Nuwэф и можно найти коэффициент теплоотдачи
Формулы для расчета теплообмена при турбулентном пограничном слое
Тепловой поток определяется по формуле Ньютона. Эффективная температура имеет вид
Критериальное уравнение для определения коэффициент теплоотдачи методом эффективной длины имеет вид
KT - поправка на сжимаемость. Здесь
Эффективная длина пластины при турбулентном течении в пограничном слое и Tw = const определится из выражения
Из формулы получено в предположении постоянства по x выражения -
В окрестности критической точки изменение этих величин невелико и переменностью их по x можно пренебречь.
Где скорость потока невелика, хорошие результаты дает поправка на сжимаемость, определенная как
При большой скорости потока
В отдельных случаях при технических расчетах для определения коэффициента теплоотдачи удобнее пользоваться критериальным уравнением, в котором определяющей температурой является температура потока на внешней границе пограничного слоя. Для большой скорости потока такое уравнение имеет вид
Читайте также: