Исследование тепловых процессов системы "человек - окружающая среда" в условиях низких температур

Хромова, Ирина Владимировна

Исследование тепловых процессов системы "человек - окружающая среда" в условиях низких температур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Хромова, Ирина Владимировна АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Новосибирск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.14 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование тепловых процессов системы "человек - окружающая среда" в условиях низких температур»

Автореферат диссертации на тему "Исследование тепловых процессов системы "человек - окружающая среда" в условиях низких температур"

На правах рукописи

Хромова Ирина Владимировна

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ СИСТЕМЫ «ЧЕЛОВЕК - ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА» В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

01.04.14 - теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 МЕН 2009

Новосибирск, 2009

003487903

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении Высшего профессионального образования : «Новосибирский государственный технический университет»

доктор технических наук,

доцент Чичиндаев Александр Васильевич

доктор технических наук,

профессор Алиферов Александр Иванович;

доктор физико-математических наук, доцент Логинов Владимир Степанович

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация: Московский авиационный институт

(Технический университет), г. Москва

Защита состоится «18 » декабря 2009 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.02 при Новосибирском государственном техническом университете. Адрес: 630092, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан « 17 » ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета: кандидат технических наук, доцент

Шаров Ю.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из актуальных проблем в области разработки систем жизнеобеспечения летательных аппаратов является обеспечение теплового комфорта для человека в рамках системы «человек - окружающая среда», в частности, это относится к задаче защиты человека от переохлаждения при нахождении в условиях низких температур. Данные условия возникают при аварийном отключении систем кондиционирования в гермокабинах летательных аппаратов, приземлении экипажа в условиях зимнего периода или приводнении, а также при тренировочных работах в гидробассейне. Аналогичные задачи возникают при разработке систем кондиционирования для наземных транспортных средств и тепловой защиты гидрокостюмов. Экспериментальные исследования в таком широком диапазоне параметров окружающей среды по фазовому состоянию, температуре и давлению крайне трудоемки и часто сопряжены с опасностью для здоровья и жизни его участников. Одним из вариантов решения данной задачи является разработка компьютерных моделей процессов теплообмена в системе «человек - окружающая среда», позволяющих проводить широкий комплекс исследований без экспериментов над людьми. В литературе наиболее распространенным и общепринятым подходом для численного исследования такого класса задач считается использование моделей теплопроводности системы из многоэлементных многослойных цилиндрических оболочек. Большинство из них относятся к стационарным постановкам задач, использованию фиксированных теплофизических параметров слоев, а также ограниченному диапазону параметров окружающей среды. При этом фактически не рассматриваются такие важные особенности теплофизических процессов в системе «человек - окружающая среда», как влияние внутренних источников тепла и конвективного переноса тепла между различными слоями и элементами системы, влияние фазового состояния, температуры, давления и скорости окружающей среды. Вместе с тем учет данных факторов позволяет получить более точные и достоверные данные для проектирования и оптимизации элементов тепловой защиты человека в условиях низких температур.

Цель и задачи исследования. Разработка методики расчета и установление основных закономерностей тепловых процессов в системе «человек - окружающая среда» в условиях низких температур с учетом внутренних источников и конвективного переноса тепла в широком диапазоне параметров окружающей среды.

В соответствии с общей целью были поставлены и решены следующие задачи:

• разработка методики расчета теплообмена в системе «человек — окружающая среда» в условиях низких температур, учитывающая переменность теплофизических параметров, теплоотдачу в окружающую среду, конвективный перенос тепла вдоль слоев и между элементами, а также наличие внутренних источников тепла;

• проведение модельных исследований тепловых процессов в системе «человек - окружающая среда»;

• анализ эффективности термического сопротивления средств защиты от холода.

Научная значимость и новизна работы состоит в следующем:

• разработана методика расчета теплообмена в системе «человек - окружающая среда» в условиях низких температур;

• выполнено численное исследование и установлены закономерности тепловых процессов в системе «человек - окружающая среда» в режиме охлаждения в воздушной и водной средах в широком диапазоне температур, скоростей движения среды и внешнего давления;

• проведен анализ влияния мощности внутренних источников тепла, конвективного переноса и теплового сопротивления слоя теплоизоляции на процесс теплоотдачи в системе «человек - окружающая среда».

На защиту выносятся:

1. Методика расчета тепловых процессов в системе «человек - окружающая среда» в условиях низких температур с учетом внутренних источников и конвективного переноса тепла.

2. Методика расчета гидравлических характеристик в контуре теплоносителя, осуществляющего конвективный перенос тепла.

3. Результаты численного исследования закономерностей теплообмена в системе «человек — окружающая среда» в широком диапазоне параметров окружающей среды.

4. Анализ влияния мощности конвективного переноса тепла, внутренних источников и теплового сопротивления средств защиты от переохлаждения на тепловые процессы в системе «человек - окружающая среда».

Практическая ценность работы заключается:

• в разработке новой методики расчета теплообмена в системе «человек -окружающая среда» с учетом внутренних источников и конвективного переноса тепла в широком диапазоне параметров окружающей среды;

• в установлении закономерностей влияния мощности внутренних источников и конвективного переноса тепла, а также теплофизических параметров теплоизоляции на интенсивность охлаждения;

• в разработке пакета прикладных программ, позволяющего выполнять комплексные исследования тепловых процессов в системе «человек - окружающая среда» и проводить анализ эффективности средств тепловой защиты;

• в обобщении учебного материала для студентов авиационных специальностей в курсах «Системы жизнеобеспечения и защиты летательных аппаратов», «Теплообменные устройства», «Компьютерное моделирование тепло-физических процессов», «Биофизика процессов жизнедеятельности», «Моделирование процессов жизнедеятельности и термостабилизации», курсового и дипломного проектирования.

Достоверность полученных результатов определяется сопоставительным анализом расчетных данных с известными в литературе опытными и расчетными данными, а также тщательным тестированием программных модулей.

Связь с научными программами. Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ: № 05-08-33588, РФФИ № 09-08-00321-а, а также фонда фундаментальных НИР НГТУ в 2009 году.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанный пакет прикладных программ по моделированию и исследованию работы кровеносной системы и системы термостабилизации человека внедрен в учебный процесс НГТУ и МАИ для специальности «Системы жизнеобеспечения и защиты летательных аппаратов».

Личный вклад соискателя. Все работы по теме диссертации осуществлены автором или при его основном участии: постановка задачи, разработка метода и алгоритма ее решения, проведение расчетов, обработка и обобщение полученных результатов, формулирование выводов и заключения.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на 30 конференциях и семинарах, в том числе: 12-ая, 13-ая Всероссийская научно-техническая школа-конференция студентов и молодых ученых «Математическое моделирование в естественных науках» (Пермь, ПГТУ, 2003, 2004); Всероссийская научная конференция молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, НГТУ, 2003, 2004); Десятая Всероссийская Научная Конференция Студентов-Физиков и молодых ученых (Москва, МГУ, 2004); Международная молодежная научная конференция «XXX, XXXI, XXXII Гагаринские чтения» (Москва, МАТИ, 2004, 2005, 2006); Всероссийская научно-техническая конференция «Наука. Промышленность. Оборона» (Новосибирск, НГТУ, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009); KORUS-2005: the 9th Russian-Korean Intern. Symp. on Science and Technology (Novosibirsk, Russia: NSTU, 2005); Международная молодежная научная конференция «XIV Туполевские чтения» (Казань, КГТУ-КАИ, 2006); Международная конференция «Авиация и космонавтика» (Москва, МАИ, 2007, 2008); Всероссийская конференция «Информационные технологии в авиации и космонавтике», (Москва, МАИ, 2008).

По теме диссертации опубликовано 27 печатных работ, в том числе: 1 статья (в соавторстве) в ведущем научном журнале, входящем в перечень, рекомендованный ВАК РФ; 5 статей (в соавторстве) в рецензируемых научных журналах, 22 статьи в сборниках трудов международных и всероссийских конференций (7 - в соавторстве). Доля соавторов в совместных работах одинакова. В списке публикаций автореферата приведен перечень основных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников, включающего 191 наименования, 3 приложений на 17 страницах. Диссертация содержит 168 страниц основного текста, 60 рисунков, 5 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решения поставленной проблемы, сформулированы цель и задачи работы, показана научная новизна и практическая значимость результатов исследования, приведены основные положения диссертации.

В первой главе рассматривается общая характеристика проблемы моделирования и исследования теплообмена в системе «человек - окружающая среда» в режиме охлаждения. На основе аналитического обзора литературных источников проанализированы особенности различных методов физико-математического моделирования данной системы. Условно модели можно разделить на два направления. Первое направление включает в себя многослойные многоэлементные модели: J. Hardy, H.J.Stolwijk, S. Voipe, C.E. Huckaba, Shi-Hai Xiang, Jing Liu и др. Второе направление, предложенное J. Werner, основывается на трехмерной модели с большим количеством расчетных точек. Отмечено, что одними из самых сложных моментов моделирования системы термостабилизации является описание процессов переноса тепла теплоносителем и учет геометрических размеров и переменности теплофизических параметров расчетных элементов и слоев. Часто в моделях системы терморегуляции это либо не учитывается, либо отражается упрощенно.

В конце главы дается постановка задачи теплообмена в системе «человек - окружающая среда» с учетом переменности теплофизических параметров, внутренних источников тепла, геометрии отдельных элементов и конвективного перенос тепла с током теплоносителя, и описаны подходы к ее решению.

Вторая глава посвящена описанию методики расчета Гидравлических характеристик в контуре теплоносителя, осуществляющего конвективный перенос тепла вдоль слоев и между расчетными элементами.

В системе термостабилизации кровеносная система выполняет функцию распределения теплоносителя (крови) между расчетными элементами и слоями. Гидравлическая система имеет два соединенных последовательно контура: первый состоит из семи параллельно соединенных элементов большого круга кровообращения; второй - из одного элемента малого круга (рис. 1).

Расчетные элементы делятся на две характерные группы: внешние элементы, имеющие теплообмен с окружающей; и внутренние элементы, не имеющие теплообмена с окружающей средой. Внешние элементы состоят из двух параллельно соединенных слоев: подкожного слоя капилляров с переменными гидравлическими параметрами, зависящими от температуры окружающей среды; капилляров мышц, в которых происходит теплообмен между теплоносителем и тканями. Внутренние элементы состоят из одного слоя - капилляров тканей. Подкожный слой капилляров и жировая прослойка называются «оболочкой», а мышцы и внутренние ткани - «ядром». Все элементы первого контура подсоединены к насосу (сердцу) с помощью системы последовательно соединенных трубопроводов, имеющих три участка: аорту, артерии и артериоллы Каждый участок обладает характерным сочетанием гидравлических параметров (рис. 2).

Методика расчета гидравлических характеристик в контуре теплоносителя состоит из трех этапов: расчет сопротивления участков контура, расчет перепадов давлений в контуре и расчет распределения теплоносителя между расчетными элементами и слоями.

Расчет сопротивления участков контура. Для определения коэффициентов сопротивления были разработаны методики расчета отдельно для каждого участка. Для расчета коэффициента сопротивления сети капилляров отдельного элемента используется следующая зависимость:

3 128 V /Расч

*/=1...7(уаг)=Е-Л-П (1)

где с1 - диаметр капилляра; у = г;-р - кинематическая вязкость жидкости;

^общ ,

а,

-0,375 - коэффициент, учитывающий падение сопротивления в капил-

лярах; Поб1ц - количество капилляров; П, количество капилляров в данном участке контура; асч = Ь + Ьэкв, Ьэш - эквивалентные длины капилляров при замене ими местных сопротивлений.

система термостабилизации

- теплоноситель (кровь) при охлаждении организма

кровеносная система

......^ - аорто-артериальный

и участок

- вены

, - артериолы

О) (3 " сердце

■ гг^ - капилляры легких

111* _— - подкожные капилляры ........„•--капилляры мышц

- капилляры внутренних органов

внешнии контур

внутренний контур

- теплоноситель (кровь) при нагреве организма

- регенеративный теплообменник

<ф> ф

- смесительныи теплообменник

- охлаждение теплоносителя

- нагрев теплоносителя

Рис. 1. Схема совместной работы кровеносной системы и системы термостабилизации человека

Коэффициент сопротивление участка артериол в общем виде представляет собой сумму коэффициентов местного сопротивлений и сопротивления трения по длине расчетного участка:

10 8 /

(2)

п= 1 т=\ ап

где С пт™ ~ коэффициент местного сопротивления, Яп - коэффициент трения, /„ - длина участка, с1п - диаметр артериолы, п - номер расчетного участка по длине сосудистого русла (расчетный участок артерий или артериол), т - тип местного сопротивления.

1 - номер участка сосудистого русла от сердца до каждой ткани (I ...7)

т - тип местного сопротивления

] - номер расчетного :лоя в капиллярах ткани

капилляры тканей участок артериол ^ (уаг)

п - номер расчетного участка по длине сосудистого русла аорто-артериальный участок (ААУ)

^•(Уаг)

Рис. 2. Схема расчетных участков сосудистого русла

Коэффициент сопротивления аорто-артериального участка (ААУ) от источника давления до каждого элемента определяется как сумма коэффициентов местного сопротивления, сопротивления трения и потерь на вращение теплоносителя:

10 8 , 6=1...7(уаг)= ^(Х + (3)

п=1 т=1 ап

Расчет перепадов давлений в контуре теплоносителя осуществляется на первом этапе гидравлического расчета. Используется система уравнений Бернулли (4-10), которая состоит из семи уравнений, каждое из которых описывает потери давления в характерной группе потребителей:

РУ1

РЩ

Ра = £(уаг), + £ (уаг)] —^ + ¿(узг), СУ, + Рв{ + ^ + ДРускХ + АРкомп1; (4)

рУ7

РЩ

Ра =^(уаг)7—^1— + С^ат)7^- + к(\ат)707 +Рв1+№к-, +АРуск1 + ДРгалш7;(10),

где: Ра - давление на входе в систему (систолическое), Рв; - давление на выходе (венозное), ЛРуск ,• - потери на преодоление инерционных сил, ЛРК0МП ,■ - избыточное компрессионное давление, £(уаг); - коэффициент сопротивления аор-то-артериального участка, <;(уаг),- - коэффициент сопротивления участка арте-риол, Нуаг),- - коэффициент сопротивления капиллярного участка /'-ой части системы, - объемный расход через 1-ую часть системы, К; - скорость теплоносителя в артериях, Щ - скорость теплоносителя в артериолах, р - плотность теплоносителя, g - ускорение свободного падения, Л - разница между вертикальными координатами насоса и потребителя, индексы /' = 1...7 - группы потребителей.

Уравнение Бернулли состоит из трех частей: источника давления, сопротивления участков БКК и внешних физических факторов. Источник давления (левая часть уравнения) описывает давление на входе в систему. Сопротивление участков - первые четыре слагаемых правой части, которые описывают потери давления в расчетных участках. Внешние факторы - в последние три слагаемых правой части уравнения: сила тяжести описывает действие силы гравитации на систему; инерционные силы описывают дополнительные инерционные потери для преодоления силы инерции при ускорении организма; компрессионное давление соответствует потерям давления на преодоление избыточного воздействия окружающей среды.

Расчет распределения теплоносителя. На втором этапе полученная система преобразовывается в систему уравнений (11-17), описывающих в явном виде расходы теплоносителя на семь основных потребителей:

+ + (П)

V? р\¥п

¿7<?7+1?7р^- + С7^-1- + Д/>7=0. (п)

где АР - остаток от давления на входе, приходящийся на каждый расчетный элемент, за вычетом уровня давления на выходе и внешних факторов.

= Ра-Рв- pgh - АРуск - ЬРкомп. (18)

Система уравнений (11... 17) относится к группе нелинейных уравнений с переменными коэффициентами и решается с помощью метода Крамера.

Геометрическими и физическими условиями однозначности для системы уравнений являются геометрические размеры и гидравлические характеристики контура теплоносителя: объемный расход теплоносителя, давление на входе в систему, вид, диаметры, длины и количество трубопроводов гидравлической сети, и скорость течения теплоносителя

Проверка достоверности модели. В качестве проверки проведено исследование влияния изменения диаметров трубопроводов на расходно-напорные характеристики элементов в контуре, а также оценка вклада сопро-

тивления различных участков гидравлической системы. В результате сравнения расчетных данных с известными опубликованными данными установлено расхождение ±10 %, показаны чувствительность и возможности методики расчета и оценены границы ее применимости. Установлены основные закономерности распределения теплоносителя в широком диапазоне геометрических и физических параметров.

В третьей главе представлена разработанная методика расчёта теплообмена в системе «человек - окружающая среда», учитывающая переменные теп-лофизические параметры и геометрические размеры элементов, наличие внутренних источников тепла и конвективный перенос тепла с током теплоносителя вдоль слоев и между расчетными элементами.

Описание расчетного элемента. В качестве расчетного элемента выбирается участок длиной <И (рис. 3, а), представляющий собой трехслойную цилиндрическую стенку, в каждом слое которой наблюдается разное сочетание теплообменных процессов.

I ¡=:____¿«"'"'"»V ядро

органы) ./ = 3

подкожный слои сети капилляров

У-1

^окр_среды

а б

Рис. 3. Расчетная схема системы «человек — окружающая среда»; а - расчетный элемент системы термостабилизации: (¡кр - конвективный тепловой поток с током крови; дТП

- внутренние источники тепла; ^рдд - радиационный тепловой поток; (ВНутр - температура внутренней поверхности; ¿ткани ~~ температура внутреннего слоя (ткани); /кап стр - температура слоя теплоизоляции (подкожные капилляры СТС); ?окр среды ~ температура окружающей среды; Якап стр - эквивалентный коэффициент теплопроводности слоя теплоизоляции; ''ткани ~ эквивалентный коэффициент теплопроводности внутреннего слоя; а - коэффициент теплоотдачи; б - схема системы многослойных элементов: /' - номер расчетного элемента (1

- голова, 2 - руки, 3 - мышцы грудной клетки, 4 - мышцы нижней части туловища, 5 - ноги); ] - номер расчетного элемена (1 - внешний слой, 2 - средний слой «ядра», 3 - внутренний слой «ядра»)

Внешний слой малой толщины бстр - ^кап СТР — '"ткани («оболочка») является слоем активной теплоизоляции и участвует в процессе теплоотдачи с окружающей средой за счет радиационной <7рад и конвективной Я копа составляющих. По длине слоя происходит конвективный перенос тепла теплоносите-

СТР

лем д^р ■ Внутренние тепловыделения отсутствуют. В среднем слое «ядра» толщиной 8ткани = ^ткани — '"внутр по длине слоя происходит конвективный пе-

ткани —

ренос тепла теплоносителем Якр и присутствуют объемные внутренние источники тепла цтп. Теплоотдача «ядра» в окружающую среду зависит от состояния и параметров слоя теплоизоляции. Внутренний слой «ядра» радиусом ''внутр не имеет теплообмена с окружающей средой. В простейшем случае -кость - служит тепловой емкостью. В более сложном - внутренние органы -

внутр

имеет внутренние источники тепла дм„ и конвективный перенос тепла Чкр

Система уравнений теплопроводности. Для решения настоящей задачи используется уравнение теплопроводности с наличием внутренних источников тепла, записанное в цилиндрических координатах. В предложенной методике расчета принимаются следующие допущения. Перенос теплоты теплопроводностью в радиальном направлении много больше, чем в осевом, поэтому им можно пренебречь. Ввиду малых размеров капилляров теплообмен между теплоносителем и расчетными элементами (тканями) протекает до полного теплового равновесия. Исходя из этого, тепло, переносимое вдоль слоев расчетных элементов с током теплоносителя, можно рассматривать как объемные внутренние источники тепла переменной мощности, что существенно облегчает задачу и в тоже время адекватно описывает процесс. Исходя из принятых допущений в рамках предложенной методики, система нестационарных одномерных дифференциальных уравнений теплопроводности для исследуемой задачи имеет следующий вид.

Внешний слой («оболочка»). Толщина слоя теплоизоляции бстр <<: гкап_стр> поэтому для расчета теплопроводности в слое можно использовать уравнение теплопроводности для плоской стенки:

О < т < ттах, гТкани <г< гкап СТР, 0 <г< /,•:

571 д2Т] СТР

— = + . (19)

сгРг я от

Средний слой «ядра» 0 < Т < Ттах, ^¡¡¡¡уц, < V < гТкани,

дТ2

шах) ' внутр

/ 9 _ Л

д Т2 , 1 дТ2 ч дг2 г & ,

I „ I „мышцы

+ Чтп+Чкр . (20)

Внутренний слой «ядра» 0 < т < ттах, 0 < г < гВНутр1 0 <г< /,•:

ЭГз .

дг

(*г

8% 11 аг3

дг2 г дг

+ Чмет + Чкр1 ^ .

(21)

-Я.

Граничные условия для системы (19) - (21) записываются в виде: Щ

дг

^ дг о 57] . 5Г2

3) г = гткани, 0<2</: —--^2—, = Г2 = Гткани; (22)

4) Г = гкап СТР. 0<г<1: Т\ = ГкапСТР, 5Г "" ^ "" л4

ОТ

1) г = 0, 0 < 2 < /: - Ц = ЛметЧмет, <7л(ет О ~ ^мет ) =.Якр""Р;

эг2 _ аг3

2) Г = гвнутр> О < г < /: - ¿2 ~ ~л3 , Т2 = Т3 - Гвнутр;

дг

\ 'капСТР 4 (Т \ 1 окр_ ср

100 \ 100 ч /

+а (^капСТР ^окр_среды )^~Чкр \

5) коэффициент теплоотдачи: для свободной конвекции

ЛЧйк = Ргж)те(Ргэ,с/Ргс)0'25,

где М - ^ , I - характерный размер, коэффициенты Саш зависят от соотношения Ргж; для вынужденной конвекции

Ми^ = СК^Ж Рг^38(Рг3,с/Ргс)0'25,

где коэффициенты Сит зависят от Яе.

Начальные условия для системы (20) - (21) при т = 0: /,= Г2 = ?з = 37. (23)

Уравнение связи. Чтобы связать систему уравнений теплопроводности (19) - (23) и систему расчета гидравлических характеристик (4) - (17), используется уравнение связи, которое описывает количество тепла, переносимое с током теплоносителя по длине слоя:

Ру

<1кР'1> =^7СкРгуСркр^входау -'выхода у ),

(25)

где - расход теплоносителя через расчетный элемент и слой, -

теплоемкость теплоносителя, ¿входа у, ?вь[хода у - температуры теплоносителя на входе и выходе из расчетного элемента и слоя.

Таким образом, математическое описание расчетного элемента модели представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений (19) - (21), с граничными (22) и начальными (23) условиями, систему для расчета

расходов теплоносителя на расчетные элементы (24) в каждый текущий момент времени и алгебраическое уравнение связи (25).

В настоящей работе для решения поставленной задачи применяется приближенный метод элементарных балансов А.П. Ваничева, который основан на допущении возможности замены непрерывного процесса скачкообразным. Поэтому система уравнений (19) - (25) была заменена на конечно-разностную во времени и пространстве.

Методика расчета процессов теплообмена в системе «человек - окружающая среда». Исходя из предложенной схемы совместной работы СТС и КС и методики расчета тепловых процессов в расчетном элементе, разработана общая схема системы термостабилизации человека (рис. 3, б). Она представляет собой систему, состоящую из восьми расчетных элементов разной геометрической формы и с разным количеством расчетных слоев. Система уравнений теплопроводности для расчета СТС составлена для двух контуров и включает в себя восемь подсистем, записанных для каждого расчетного элемента согласно системе обыкновенных дифференциальных уравнений (19) - (21) в зависимости от количества расчетных слоев.

Геометрическими условиями однозначности для расчета являются геометрические размеры, масса и площади поверхности элементов и слоев, а также расход теплоносителя через них. Физические условия - это теплофизические параметры окружающей среды и отдельных элементов и слоев.

Определяемые параметры. Составленная система уравнений позволяет определять значения суммарных тепловых потоков и их отдельных составляющих, среднемассовые температуры и температуры на границах слоев расчетных элементов. Определять термическое сопротивление расчетных слоев в широком диапазоне условий окружающей среды.

Проверка достоверности. В качестве проверки достоверности проводится сравнение расчетов с известными из литературы экспериментальными данными о времени охлаждения в воде (рис. 5), а так же с модельными исследованиями о влиянии различной температуры воздушной и водной среды на изменения во времени температур расчетных слоев.

В четвертой главе рассмотрены результаты исследования основных закономерностей теплообмена в системе «человека - окружающая среда» в условиях низких температур и приведен анализ эффективности термического сопротивления средств защиты от холода.

Влияния параметров окружающей среды. Расчеты для воздуха выполнены в следующих диапазонах параметров: температура - ? = -40 ... 20 °С, скорость — V = 0 ... 3 м/с, давление - Р = 40 ... 100 кПа. Установлено, что уменьшение температуры приводит к росту коэффициента теплоотдачи - а = 4...5 Вт/м2К на 50...60 %, тепловых потерь - д в 5 ... 6, при этом происходит резкое нелинейное падение температуры «оболочки» и рост скорости остывания «ядра» (рис. 6). Увеличение скорости среды V повышает а в 4 ... 5 раза, в 2 ... 3 раза, а снижение давления уменьшает а на 25 %, д на 10 %. Во всех слу-

чаях максимальные а приходятся на конечности, минимальные на элементы туловища - разница составляет 15 ... 60 %.

TAU_qBHyrp=0 -»- • TAU__qBHyrp=400 Вт TAU_qBHyrp=600 Вт Glaser Uversidge Mazer -О—Colin Gevert Lartinque

» Мазин —ж— Гренандер -й-Phillips —Keating

Рис. 5. Сравнение допустимого времени нахождения в воде различной температуры с известными экспериментальными данными

а б

Рис. 6. Изменение теплофизических параметров «ядра» расчетного элемента (руки) в воздушной среде: а - среднемассовой температуры; б - тепловых потерь

Расчеты для воды выполнены в диапазонах: температура - г = 0 ... 20 °С, скорость - V = 0 ... 2 м/с. Установлено, что уменьшение температуры приводит к снижению а = 250 ... 500 Вт/м2К на 30...40 %, д возрастает на 30 ... 50 %; увеличение скорости среды повышает а в 5 ... 10 раз, д в 2 ... 3 раза (рис. 7).

Сравнение с охлаждением в воздухе показывает резкое увеличение коэффициента теплоотдачи в 20 ... 40 раз и появление двух характерных фаз в процессе охлаждения: начальной (от 1 до 3 минут) - с резким снижением температуры «оболочки» и соответственно а и д; регулярный режим — с плавным охлаждением «ядра» и монотонным снижением а и д. Термическое сопротивление «оболочки» в начальной фазе увеличивается до 2 ... 3 раз и сохраняется примерно постоянной в регулярном режиме. Таким образом, «оболочка» обладает переменными теплофизическими параметрами и служит «защитным экраном» - теплоизоляцией для «ядра».

а б

Рис. 7. Изменение теплофизических параметров «ядра» расчетного элемента (руки) в водной среде: а - среднемассовой температуры; б - тепловых потерь

Влияние мощности внутренних источников тепла. Расчеты выполнены в диапазоне мощности д = 0, 500 и 1000 Вт. Установлено, что с увеличением д происходит рост температуры «оболочки» за счет конвективного переноса тепла в нее и увеличение температуры «ядра». При этом суммарные тепловые потери в окружающую среду возрастают за счет сохранения температур «оболочки» и «ядра» на более высоком уровне. Выполненный анализ показал, что конвективный перенос тепла в «оболочку» снижает ее термическое сопротивление до 2 раз (рис. 8).

I, град С

Ц«ап_СТР (кожа) Мгкани (под кожей) —•— 1_жира —I—1_внутр (мышцы)

— Ы-_кап_СТР (среди)

— Ы-_ткани (среди)

время, мии

N „<Ъ . \ .<5 г9> .«» .4 .Ь N .«> „<Ъ «ч <5 Л

кУ О' Ч>ч> О- ^ ф ^

Рис. 8. Влияние мощности внутренних источников тепла на температуры на границах слоев руки: /капСТР - температура на внешней поверхности кожи, <_ткани - температура под кожей, Мкира - температура под слоем жира, /_внутр - температура внутреннего слоя мышц (на границе с костью), /ЬкапСТР - среднемассовая температура кожи, Г_Ь_ткани - среднемассовая температура мышц

Влияние термического сопротивления слоев теплоизоляции. В системе «человек - окружающая среда» на тепловые процессы существенное влияние оказывают два слоя теплоизоляции. Первый - естественный - подкожный жир, который располагается между «оболочкой» и «ядром» и служит тепловым экраном между ними. Анализ результатов расчета (рис. 9) показал, что при увеличении толщины жира наблюдается резкое сокращение в 2...3 раза тепловых потерь и рост температуры «ядра». Наибольшая эффективность данного слоя теплоизоляции наблюдается в диапазоне 0 ... 20 % жира, при' большем процентном содержании эффективность увеличивается незначительно.

Вторым - искусственным слоем теплоизоляции, расположенным между «оболочкой» и окружающей средой, служит специальная защитная одежда. В зависимости от конструкции она позволяет создать термическое сопротивление в диапазоне 0,2 ... 2,0 м2 трад/Вт и по своим теплозащитным свойствам разделяется на диапазоны с1о = 1 ... 7 (1 с/о = 0,21 м2 трад/Вт). Анализ результатов расчета (рис. 10) показал, что при увеличении термического сопротивления защитной одежды наблюдается значительное сокращение в 4...5 раз тепловых потерь и существенный рост температуры «оболочки» и «ядра». Наибольшая эффективность данного слоя теплоизоляции наблюдается в диапазоне с1о = 1 ... 3, большие значения эффективны для случаев обеспечения: комфорта при длительном нахождении в условиях особенно низких температур. Анализ данных показал, что одним из направлений повышения эффективности защитной одежды может быть использование переменного термического сопротивления для различных элементов системы «человек - окружающая среда».

к.ч> Л „5> -У „Ч> „<3 »*> «э Л «Й

/ % жира - -ЦУо - 10% — 20% .....30% — 40%

время, мин

Рис. 9. Влияние толщины слоя пассивной теплоизоляции (% жира) на суммарные тепловые потери расчетного элемента

-—голова ^ руки

—■— грудная клетка • ■ ■ сердце

— внутренности — нижняя часть туловища

— ноги — - легкие

Рис. 10. Изменение среднемассовых температур «ядра» расчетных элементов в зависимости от значений термического сопротивления внешней теплоизоляции

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в работе.

1. Развита методика расчета процессов теплообмена в системе «человек - окружающая среда», учитывающая внутренние источники и конвективный перенос тепла, а также изменения термических сопротивлений слоев теплоизоляции. Установлены границы применимости разработанной методики расчета при охлаждении в воздушной и водной средах. Показано, что тепловые потоки и распределения температур в слоях существенно зависят от мощности внутренних источников тепла, конвективного переноса тепла, термических сопро-

тивлений оболочки и внешнего теплового слоя теплоизоляции, а также от фазового состояния и параметров окружающей среды.

2. Обоснована и предложена инженерная методика расчета расходов теплоносителя в слоях, позволяющая определять конвективный перенос тепла с учетом особенностей гидравлической системы и геометрических параметров ее основных участков. Установлены границы применимости разработанной методики расчета. Показано что изменение силы гравитации от 0 до 1 g меняет величину расхода теплоносителя на расчетный элемент на 20...50 %. Механическая работа термодинамической системы увеличивает расход в ядре расчетного элемента на 15 ... 30 %, а в слое теплоизоляции на 100.. .200 %. :

3. Показано, что при снижении температуры воды от 25 до 0 °С суммарные тепловые потери системы увеличиваются с I до 4,5 кВт, причем в начальной фазе охлаждения происходит резкое снижение температуры оболочки, что приводит к снижению тепловых потерь в 2 ... 3 раза. Одновременно термическое сопротивление оболочки вырастает в 2 ... 3 раза. В регулярном режиме охлаждения наблюдается постепенное остывание ядра вплоть до температуры окружающей среды. При охлаждении в воздушной среде установлено увеличение времени начальной фазы в 5 ... 7 раз и снижение суммарных потерь до 0,2 ... 1,0 кВт. Установлено, что изменение параметров внешней среды существенным образом сказывается на процессы теплообмена за счет изменения коэффициента теплоотдачи, в частности коэффициент теплоотдачи: при снижении температуры воздуха от 20 до -40 °С увеличивается на 50...60 %, росте скорости от 0 до 3 м/с - увеличивается в 4 ... 5 раза, а при снижении давления от 100 до 40 кПа уменьшается на 25 %. .

4. Установлено, что увеличение мощности внутренних источников тепла от 0 до 1,0 кВт при охлаждении в воде приводит к росту среднемассовых и температур на границах слоев, причем температура ядра увеличивается на 50 %, а температура оболочки на 30 ... 40 %. При этом ее термическое сопротивление оболочки снижается на 30 %. За счет этого суммарные тепловые потери системы вырастают на 20 ... 30 %. Увеличение термического сопротивления внешнего слоя теплоизоляции в диапазоне 0,2 ... 2,0 м2 трад/Вт приводит к значительному сокращению в 4...5 раза тепловых потерь и существенному росту температур оболочки и ядра.

5. Разработан пакет прикладных программ для проведения численного исследования тепловых процессов теплообмена в системе «человек - окружающая среда» с учетом изменения теплофизических параметров. Разработанный пакет программ апробирован в учебно-методических изданиях и внедрен в учебный процесс НГТУ. Полученные результаты дают возможность исследовать процессы теплообмена в системе «человек - окружающая среда» для условий низких температур в широком диапазоне параметров.

Список основных опубликованных работ по теме диссертации:

1. Чичиндаев A.B. Моделирование тепловых процессов системы «человек - окружающая среда» в условиях низких температур / А. В. Чичиндаев, И. В. Хромова//Научный вестник НГТУ. - 2009.-№ 4. - С. 197-201.

2. Хромова И В. Компьютерное моделирование работы системы термостабилизации человека в условиях низких температур / И. В. Хромова, А. В. Чичиндаев // Авиакосмическое приборостроение. - 2009. - № 3. - С. 44-55.

3. Чичиндаев А. В. Исследование воздействия эффекта вращения крови на гемодинамические параметры кровеносной системы человека / А. В. Чичиндаев, И. В. Фомичева // Авиакосмическое приборостроение. - 2006. - № 7. - С. 38—42.

4. Чичиндаев А. В. Численное моделирование кровеносной системы человека / А. В. Чичиндаев, И. В. Фомичева, В. В. Толстошеева // Авиакосмическое приборостроение. - 2006. - № 11. — С. 35-46.

5. Чичиндаев А. В. Оценка эффективности тренажеров для компенсации гиподинамии в условиях длительной невесомости / А. В. Чичиндаев, И. В. Фомичева // Авиакосмическое приборостроение. - 2006. - № 12. - С. 9-19.

6. Чичиндаев А. В. Исследование воздействия невесомости и гиподинамии на работу кровеносной системы человека / А. В. Чичиндаев, И. В. Фомичева // Авиакосмическое приборостроение. - 2007. - № 4. - С. 33—42.

7. Фомичева И. В. Численное моделирование и исследование воздействия вращения крови на параметры кровеносной системы / И. В. Фомичева // Матер, докл. Всероссийск. научн. конф. молод, ученых. «Наука. Технологии. Инновации». - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2003. - Ч. 1. - С. 79-80.

8. Фомичева И. В. Численное моделирование кровеносной системы человека для проведения исследований в области безопасности полетов и жизнедеятельности / И. В. Фомичева // Матер. Международной молодежной науч. конф. «XXXI Гагаринские чтения», Москва. - М.: Изд-во МАТИ, 2005. - С. - 25.

9. Фомичева И. В. Численное моделирование кровеносной системы с учетом морфологических особенностей организма / И. В. Фомичева // Матер. Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона», Новосибирск. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2005. - С. 163.

10. Chichindaev А. V. Numerical Modeling of a Circulatory System of the Person with Allowance of Morphological Features of an Organism / A. V. Chichindaev, I. V. Fomicheva // KORUS-2005. The 9 Russian-Korean intern, symp. on science and technology, Novosibirsk, Russia : proceeding. - Novosibirsk, 2005. - P. 422-426. [Численное моделирование кровеносной системы человека с учетом морфологических особенностей организма].

11. Фомичева И. В. Численное моделирование и исследование воздействия гиподинамии на кровеносную систему человека / И. В. Фомичева // Матер. Международной молодежной науч. конф. «XIV Туполевские чтения», Казань. -Казань : Изд-во КГТУ им. Туполева, 2006. -Том III. - С. - 188-190.

12. Чичиндаев А. В. Численное моделирование и исследование воздействия гипотермии на организм человека / А. В. Чичиндаев, Т. С. Масленникова, И. В. Фомичева // Матер. Всероссийской научно-технической конференции

«Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2007. - С. -358-363.

13. Фомичева И. В. Оценка эффективности тренажеров для компенсации гиподинамии в условиях длительной невесомости / И. В. Фомичева // Матер. Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2007. - С. - 473-478. i

14. Чичиндаев А. В. Разработка модели расчета системы терморегуляции человека с учетом гемодинамического механизма / А. В. Чичиндаев, И. В. Фомичева // Матер. Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2007. - С. - 478-483.

15. Фомичева И. В. Моделирование системы терморегуляции человека с учетом гемодинамического механизма / И. В. Фомичева // Матер. Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». -Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2008. - С. - 325-330.

16. Масленникова Т. С. Численное моделирование и исследование режимов работы системы терморегуляции человека / Т. С. Масленникова, И. В. Фомичева // Матер. Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2008. - С. - 247-

17. Хромова И. В. Моделирование и исследование работы системы термостабилизации человека в режиме регулярного охлаждения / И. В. Хромова // Матер. Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2009. - С. - 372-376.

18. Хромова И. В. Исследование охлаждения человека в условиях низких температур и анализ эффективности средств защиты / И. В. Хромова, Ю. Д. Суглобова, А. Н. Денисова // Матер. Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2009. - С. - 377-379.

252.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20,

тел./факс (383) 346-08-57

формат 60 X84/16 объем 1.5 пл., тираж 100 экз.. заказ № 1594 подписано в печать 13. 11.09 г

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Хромова, Ирина Владимировна

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА О МОДЕЛИРОВАНИИ И ИССЛЕДОВАНИИ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ «ЧЕЛОВЕК - ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА».

1.1. УСТРОЙСТВО И РАБОТА СИСТЕМЫ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ЧЕЛОВЕКА.

1.1.1. ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ.

1.1.2. ОСОБЕННОСТИ ФИЗИЧЕСКОЙ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ.

1.1.3. ОСОБЕННОСТИ ГЕМОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ

1.2. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ

1.2.1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ ЧЕЛОВЕКА

1.2.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНВЕКТИВНОГО ПЕРЕНОСА ТЕПЛА

С ТОКОМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

1.3. РАСЧЕТ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И КОНВЕКТИВНОГО ПЕРЕНОСА ТЕПЛА С ТОКОМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

В ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА.

1.3.1. НЕСТАЦИОНАРНАЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ.

1.3.2. КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН.

1.4. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРОБЛЕМ.

1.5. ЦЕЛЬ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК В КОНТУРЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ.

2.1. СХЕМА СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ И ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ.

2.1.1. ТИПЫ РАСЧЕТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

2.1.1. РЕЖИМЫ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ.

2.2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК В КОНТУРЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ.

2.2.1. РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ УЧАСТКОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО КОНТУРА.

2.2.2. РАСЧЕТНОЕ УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ.

2.2.3. РАСЧЕТ ПЕРЕПАДОВ ДАВЛЕНИЙ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ПЕРВОМ ГИДРАВЛИЧЕСКОМ КОНТУРЕ.

2.3. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

2.4. ПРОВЕРКА ДОСТОВЕРНОСТИ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК В КОНТУРЕ

ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ «ЧЕЛОВЕК - ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА»

3.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ.

3.1.1. ОПИСАНИЕ РАСЧЕТНОГО ЭЛЕМЕНТА.

3.1.2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ ТЕПЛООБМЕНА.

3.1.3. СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ ТЕПЛООБМЕНА ДЛЯ РАСЧЕТНОГО ЭЛЕМЕНТА.

3.2. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ.

3.2.1. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ ДЛЯ РАСЧЕТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

3.2.2. РАСЧЕТ СРЕДНЕМАССОВЫХ ТЕМПЕРАТУР.

3.2.3. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУР НА ГРАНИЦАХ СЛОЕВ РАСЧЕТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

3.3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ «ЧЕЛОВЕК - ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА».

3.3.1. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

3.3.2. СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ.

3.3.3. БЛОК-СХЕМА ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА.

3.4. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

3.5. ПРОВЕРКА ДОСТОВЕРНОСТИ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА.

3.5.1. СРАВНЕНИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ.

3.5.2. СРАВНЕНИЕ С МОДЕЛЬНЫМИ ИССЛЕДОВАНИЯМИ.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА В СИСТЕМЕ

ЧЕЛОВЕК - ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА».

4.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

4.1.1. МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООТДАЧИ С УЧЕТОМ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СРЕДЫ.

4.1.2. СРАВНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА В ВОДЕ

И В ВОЗДУХЕ.

4.1.3. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СРЕДЫ

НА ПРОЦЕСС ТЕПЛООБМЕНА.

4.1.4. ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ СРЕДЫ

НА ПРОЦЕСС ТЕПЛООБМЕНА.

4.2. АНАЛИЗ ТЕРМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ.

4.2.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ «ОБОЛОЧКИ».

4.2.2. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕРМИЧЕСКОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ВНЕШНЕЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ.

4.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОЩНОСТИ

ВНУТРЕННИХ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛА.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование тепловых процессов системы "человек - окружающая среда" в условиях низких температур"

Актуальность темы. Одной из актуальных проблем в области разработки систем жизнеобеспечения летательных аппаратов является обеспечение теплового комфорта для человека в рамках системы «человек — окружающая среда», в частности, это относится к задаче защиты человека от переохлаждения при нахождении в условиях низких температур. Данные условия возникают при аварийном отключении систем кондиционирования в гермокабинах летательных аппаратов, приземлении экипажа в условиях зимнего периода или приводнении, а также при тренировочных работах в гидробассейне. Аналогичные задачи возникают при разработке систем кондиционирования для наземных транспортных средств и тепловой защиты гидрокостюмов. Экспериментальные исследования в таком широком диапазоне параметров окружающей среды по фазовому состоянию, температуре и давлению крайне трудоемки и часто сопряжены с опасностью для здоровья и жизни его участников. Одним из вариантов решения данной задачи является разработка компьютерных моделей процессов теплообмена в системе «человек - окружающая среда», позволяющих проводить широкий комплекс исследований без экспериментов над людьми. В литературе наиболее распространенным и общепринятым подходом для численного исследования такого класса задач считается использование моделей теплопроводности системы из многоэлементных многослойных цилиндрических оболочек. Большинство из них относятся к стационарным постановкам задач, использованию фиксированных теплофизических параметров слоев, а также ограниченному диапазону параметров окружающей среды. При этом фактически не рассматриваются такие важные особенности теплофизических процессов в системе «человек - окружающая среда», как влияние внутренних источников тепла и конвективного переноса тепла между различными слоями и элементами системы, влияние фазового состояния, температуры, давления и скорости окружающей среды. Вместе с тем учет данных факторов позволяет получить более точные и достоверные данные для проектирования и оптимизации элементов тепловой защиты человека в условиях низких температур.

Цель и задачи исследования. Разработка методики расчета и установление основных закономерностей тепловых процессов в системе «человек -окружающая среда» в условиях низких температур с учетом внутренних источников и конвективного переноса тепла в широком диапазоне параметров окружающей среды.

В соответствии с общей целью были поставлены и решены следующие задачи:

• разработка методики расчета теплообмена в системе «человек - окружающая среда» в условиях низких температур, учитывающая переменность теплофизических параметров, теплоотдачу в окружающую среду, конвективный перенос тепла вдоль слоев и между элементами, а также наличие внутренних источников тепла;

• проведение модельных исследований тепловых процессов в системе «человек - окружающая среда»;

• анализ эффективности термического сопротивления средств защиты от холода.

Научная значимость и новизна работы состоит в следующем:

На защиту выносятся:

3. Результаты численного исследования закономерностей теплообмена в системе «человек - окружающая среда» в широком диапазоне параметров окружающей среды.

Практическая ценность работы заключается:

• в разработке новой методики расчета теплообмена в системе «человек - окружающая среда» с учетом внутренних источников и конвективного переноса тепла в широком диапазоне параметров окружающей среды;

• в обобщении учебного материала для студентов авиационных специальностей в курсах «Системы жизнеобеспечения и защиты летательных аппаратов», «Теплообменные устройства», «Компьютерное моделирование теплофизических процессов», «Биофизика процессов жизнедеятельности», «Моделирование процессов жизнедеятельности и термостабилизации», курсового и дипломного проектирования.

2007, 2008, 2009); Всероссийская конференция «Информационные технологии в авиации и космонавтике», (Москва, МАИ, 2008, 2009).

По теме диссертации опубликовано 27 печатных работ, в том числе: 1 статья (в соавторстве) в ведущем научном журнале, входящем в перечень, рекомендованный ВАК РФ; 5 статей (в соавторстве) в рецензируемых научных журналах из списка ВАК, 18 материалов в сборниках трудов международных и всероссийских конференций (7 - в соавторстве), 3 учебно-методических работы. Доля соавторов в совместных работах одинакова. В списке публикаций автореферата приведен перечень основных работ.

Заключение диссертации по теме "Теплофизика и теоретическая теплотехника"

Выводы к главе

1. Представлены результаты исследований основных закономерностей теплообмена в системе «человек - окружающая среда» в условиях низких температур. Исследовано влияние параметров окружающей среды, мощности внутренних источников тепла и параметров теплоизоляции.

2. Установлено, что расчетные элементы остывают с разной скоростью, что* связано с их формой, расположением внутри термодинамической системы, соотношением массы и площади поверхности теплообмена, свойствами окружающей среды и мощностью внутренних источников тепла.

3. Показано, что при снижении температуры воды от 25 до О °С суммарные тепловые-потери системы увеличиваются с 1 до 4,5 кВт, причем в начальной фазе охлаждения происходит резкое снижение температуры оболочки, что приводит к снижению тепловых потерь в 2 . 3 раза. Одновременно термическое сопротивление оболочки вырастает в 2 . 3 раза. В регулярном режиме охлаждения наблюдается постепенное остывание ядра вплоть до температуры окружающей среды. При охлаждении в воздушной среде установленоjувеличение времени начальной фазы в, 5 . 7 раз и снижение суммарных потерь до 0,2 . 1,0 кВт. Установлено, что изменение параметров внешней среды существенным образом сказывается на процессы теплообмена за счет изменения коэффициента теплоотдачи, в частности коэффициент теплоотдачи: при снижении температуры воздуха от 20 до -40 °С увеличивается на 50.60 %, росте скорости от 0 до 3 м/с - увеличивается в 4 . 5 раза, а при снижении давления от 100 до 40 кПа уменьшается на 25 %.

4. Установлено, что увеличение мощности внутренних источников тепла от 0 до 1,0 кВт при охлаждении в воде приводит к росту среднемассовых и температур на границах слоев, причем температура ядра увеличивается на 50 %, а температура оболочки на 30 . 40 %. При этом термическое сопротивление оболочки снижается на 30 %. За счет этого суммарные тепловые потери системы вырастают на 20 . 30 %. Увеличение термического сопротивления внешнего слоя теплоизоляции в диапазоне 0,2 . 2,0 м -град/Вт приводит к значительному сокращению в 4.5 раза тепловых потерь и существенному росту температур оболочки и ядра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в работе.

2. Обоснована и предложена инженерная методика расчета расходов теплоносителя в слоях, позволяющая определять конвективный перенос тепла с учетом особенностей гидравлической системы и геометрических параметров ее основных участков. Установлены границы применимости разработанной методики расчета. Показано что изменение силы гравитации от 0 до 1 g меняет величину расхода теплоносителя на расчетный элемент на 20.50 %. Механическая работа термодинамической системы увеличивает расход в ядре расчетного элемента на 15 . 30 %, а в слое теплоизоляции на 100.200 %.

3. Показано, что при снижении температуры воды от 25 до 0 °С суммарные тепловые потери системы увеличиваются с 1 до 4,5 кВт, причем в начальной фазе охлаждения происходит резкое снижение температуры оболочки, что приводит к снижению тепловых потерь в 2 . 3 раза. Одновременно термическое сопротивление оболочки вырастает в 2 . 3 раза. В регулярном режиме охлаждения наблюдается постепенное остывание ядра вплоть до температуры окружающей среды. При охлаждении в воздушной среде установлено увеличение времени начальной фазы в 5 . 7 раз и снижение суммарных потерь до 0,2 . 1,0 кВт. Установлено, что изменение параметров внешней среды существенным образом сказывается на процессы теплообмена за счет изменения коэффициента теплоотдачи, в частности коэффициент теплоотдачи: при снижении температуры воздуха от 20 до -40 °С увеличивается на 50.60 %, росте скорости от 0 до 3 м/с — увеличивается в 4 . 5 раза, а при снижении давления от 100 до 40 кПа уменьшается на 25 %.

4. Установлено, что увеличение мощности внутренних источников тепла от 0 до 1,0 кВт при охлаждении в воде приводит к росту среднемассовых и температур на границах слоев, причем температура ядра увеличивается на 50 %, а температура оболочки на 30 . 40 %. При этом термическое сопротивление оболочки снижается на 30 %. За счет этого суммарные тепловые потери системы вырастают на 20 . 30 %. Увеличение термического сопрол тивления внешнего слоя теплоизоляции в диапазоне 0,2 . 2,0 м град/Вт приводит к значительному сокращению в 4.5 раза тепловых потерь и существенному росту температур оболочки и ядра.

5. Разработан пакет прикладных программ для проведения численного исследования тепловых процессов теплообмена в системе «человек - окружающая среда» с учетом изменения тепло физических параметров. Разработанный пакет программ апробирован в учебно-методических изданиях и внедрен в учебный процесс НГТУ. Полученные результаты дают возможность исследовать процессы теплообмена в системе «человек — окружающая среда» для условий низких температур в широком диапазоне параметров.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Хромова, Ирина Владимировна, Новосибирск

1. Адрианов А.Д. К учению об утоплении / Автореф. дис. Л., 1949.

2. Ажаев А.Н, Физиолого-гигиенические аспекты действия высоких и низких температур. — М.: Наука, 1979. 264 с.

3. Акклиматизация человека в условиях полярных районов. Л., 1969.

4. Анализ характерных аварийных случаев с судами флота рыбной промышленности и рекомендации по их предупреждению. Вып. 8. - Л., 1968. -67 с.

5. Анатомия и морфология жировой ткани // Журнал Kosmetik international. М.: Kosmetik international, 2001. - Вып 2. - Электронный ресурс. URL: http://www.massage.ru/cellulit/anat.htm (дата обращения: 10.12.2008)

6. Антонеи Е.Г., Мейгал А.Ю., Герасимова Л.И., Лупандин Ю.В. Электромиографические параметры мышечного утомления у больных паркинсонизмом при общем охлаждении организма. Физиология человека. 2001. -Т.27. №5.-С.115-123.

7. Аръев Т.Я. Ожоги и отморожения. Л.: Медицина, 1971. - 284 с.

8. Аръев Т.Я. Термические поражения. Л.: Медицина, 1966. - 704 с.

9. Афанасьев Ю.И., Колодезникова Е.Д. Бурая жировая ткань. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1995. - 181 с.

10. Ахмедов Р. Терморегуляция человека и животных в условиях повышенной температуры. — Ташкент: Фан, 1977. — 120 с.

11. Багаев С.Н., Захаров В.Н., Орлов В.А. Закономерности ветвления кровеносного русла. Новосибирск: 2000. - 59 с. - (Препринт № 2 Института Лазерной Физики СО РАН).

12. Багаев С.Н., Захаров В.Н., Орлов В.А. Физические механизмы транспортных систем живого организма. Новосибирск: 1999. - 51 с. - (Препринт № 1 Института Лазерной Физики СО РАН).

13. Баженов Ю.И. Термогенез и мышечная деятельность при адаптации к холоду.-Л.: 1981.- 104 с.

14. Баранов А. Ю., Кидалов В. Н. Лечение холодом. М.: Изд-во ACT Аст-рель, 2000.- 125 с.

15. Бартон А., Эдхолм О. Человек в условия холода. М.: 1957. - 338 с.

16. Бачериков А. Н., Кузъминов В. Н., Ткаченко Т. В., Назарчук А. Г. Современные представления о системе терморегуляции // Вюник ncnxiaTpii' та психофармакотерапп. 2006. - № 1. - С. 178-182.

17. Березовский В.А. Колотилое Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека. Справочник. Киев.: Наук, думка, 1990. - 224 с.

18. Бернштейн В А., Синайский М.М., Федотова В.Г. Сдвиги терморегуляции при физических нагрузках различной интенсивности. // Физиология человека, 1975, Т. 1, № 3. С 549-564.

19. Биофизика : Учебник / Под ред. ЮА.Владимирова. М.: Медицина, 1983.-272 с.

20. Биофизика : Учеб. для студ. высш. учеб. заведений / В. Ф. Антонов, А. М. Черныш, В. И. Пасечник, С. А. Вознесенский, Е. К. Козлова / М.: Гу-манит. изд. центр ВЛАДОС, 1999. 288 с.

21. Бомбар А. За бортом по своей воле. — М., 1959. 182 с.

22. Ваничев А.П. приближенный метод решения задач теплопроводности при переменных константах // Изв. АН СССР. ОТН, 1946. № 12. - С. 1767-1774.

23. Васин Ю.А. Тепловое состояние системы «человек-окружающая среда» в экстремальных условиях / Автореф. дис. канд. М., 2003. - 22 с.

24. Веселкин П.Н. Лихорадка (Очерки по общей патологии теплорегуляции и лихорадочной реакции). М.: Медгиз, 1963. - 376 с.

25. Витте Н.К. Тепловой обмен человека и его гигиеническое значение. -Киев: Госмедиздат УССР, 1956. 148 с.

26. Герасимова Л.И. Влияние длительности проживания на Европейском Севере на частоту холод-ассоциированных симптомов. Вестник РУДН. 2000. №3. С.35-38.

27. Гуминер П.И. Изучение терморегуляции в гигиене и физиологии труда. -М., 1962.

28. Гурин В.Н. Центральные механизмы терморегуляции. Минск: 1980. -127 с.

29. Гуровский Н.Н., Агаджанян Н.А. Высокогорный климат и проблемы космической биологии и медицины. В кн.: Горы и система крови. -Фрунзе, 1969.-С. 32-33.

30. Гусева Л.А. Материалы по адаптации к холоду / Автореф. дис. М., 1964.

31. Десятое В.П. Смерть от общего переохлаждения организма / Автореф. дис. Томск, 1969.

32. Десятое В.П. Смерть от переохлаждения организма. Томск: Изд-во Том. Ун-та, 1977.- 128 с.

33. Дудник М.И. Температура кожи в различных климатических условиях и при работе. Автореф. дис. - М., 1939.

34. Дулънев Г. Н. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена : учеб. пособие для вузов / Г. Н. Дульнев, В. Г. Парфенов, А. В. Сигалов. Москва : Высш. школа, 1990. - 207 с.

35. Дульнев, Г. Н. Процессы переноса в неоднородных средах Г.Н. Дульнев, В.В. Новиков. Л. : Энергоатомиздат, 1991. - 247 с.

36. Дьяченко Ю.В., Спарин В.А., Чичиндаев А.В. Системы жизнеобеспечения летательных аппаратов: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Ю.В.Дьяченко. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. - 512с. - (Серия «Учебники НГТУ»).

37. Дьяченко Ю.В., Чичиндаев А.В. Воздействие высотных факторов на человека : Учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998. - 82 с.

38. Дьяченко Ю.В., Чичиндаев А.В. Численное моделирование системы терморегуляции человека: учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000.-39 с.

39. Ермакова И.И. Исследование динамических процессов в системе терморегуляции человека методом цифрового моделирования / Автореф. дис. канд.-Л., 1974.-21 с.

40. Ермакова И.И. Переходные процессы в системе теплообмена человека (исследования на модели) // Математическое моделирование и экспериментальное исследование физиологических систем. Киев: 1973. - С. 7686.

41. Жировая ткань II Информационный портал. «Все о весе». 2006. -Электронный ресурс. URL: http://ves.ru/physiologyobesity/adiposetissue (дата обращения: 10.12.2008)

42. Жуков Н.И. Механизмы терморегуляции при конвекционном и радиационном охлаждении / Автореф. дис. канд. Петрозаводск, 1965. - 20 с.

43. Зверев С.П. Глубокое охлаждение при алкогольной интоксикации / Автореф. дис. JL, 1969.

44. Зиненко Ю.И Материалы судебно-медицинских исследований трупов лиц, погибших в Черном море в районе Южного берега Крыма / Автореф. дис.-Л., 1969.

45. Зиночкин В. А. К проблеме оценки и прогнозирования тепловой устойчивости человека / Автореф. дис. канд. мед. наук. М., 1979. - 17 с.

46. Иваниг{кий Г.Р. Современное матричное тепловидение в биомедицине // УФН, 2006. № 12. 1293-1320.

47. Иваницкий Г.Р. Современное матричное тепловидение в биомедицине // УФН, 2009. № 5.

48. Иванов К.П. Жизнь при минимальных расходах энергии / К. П. Иванов // Успехи физиологических наук. 2008. - Том 39, № 1 . - С. 42-54. .

49. Иванов К.П. Мышечная система и химическая терморегуляция. М.-Л.: Наука, 1965.- 127 с.

50. Иванов К.П. Проблема восстановления физиологических функций у человека при глубокой эксидентальной гипотермии (к вопросу о пределахфизиологической адаптации) / К. П. Иванов // Физиология человека : журнал РАН. -, 2002. Том 28, № 3 . - С. 123-130.

51. Иванов К.П. Основы энергетики организма. Т. 1. Общая энергетика, теплообмен и терморегуляция. JL: Наука, 1990. - 307 с.

52. Иванов К.П. Физиологическая блокада механизмов холодовой смерти. Возобновление физиологических функций при глубокой смертельно опасной гипотермии / К. П. Иванов // Успехи физиологических наук. -2007. Том 38, № 2 . - С. 63-74.

53. Иванов К.П. Основы энергетики организма: Т. 3: Современные проблемы, загадки и парадоксы регуляции энергетического баланса. СПб: Наука, 2001.-277 с.

54. Иванов К.П. Холодовой паралич центра терморегуляции и восстановление его функций при температуре паралича / К. П. Иванов, Н. К. Арокина // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1998. - Том 125, № 1.-С. 45-47.

55. Иванов К.П. Основы энергетики организма: Т. 4: Энергоресурсы организма и физиология выживания. СПб: Наука, 2004. - 254 с.

56. Иванов К. П. Физиология терморегуляции: Руководство по физиологии. -Л.: Наука, 1984.-470 с.

57. Иоселъсон С.А. Физиологические основы повышения выносливости людей к интенсивным тепловым воздействиям. JL: Медгиз, 1963. - 88 с.

58. Исаченко В.П., Ocunoea В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энер-гоиздат, 1981.-417 с.

59. Исследование воздействия высотных факторов на человека : метод, указания к лаб. работам и дипл. проектированию для 4-5 курсов ФЛА / Но-восиб. гос. техн. ун-т ; сост. А. В. Чичиндаев, И. В. Фомичева. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2006. - 75 с.

60. К проблеме острой гипотермии. Развитие гипотермии и восстановление функций переохлажденного организма теплокровных животных / Под ред. Старкова П.М. -М, 1957.

61. Кандрор И. С. Очерки по физиологии и гигиене человека на Крайнем Севере. М.: Медицина, 1968. - 280 с.

62. Клинцевич Г.Н. Поражение холодом. — Д.: Медицина, 1973. 215 с.

63. Кондратьев Г.М. Критериальные величины теории теплового режима второго рода. В кн. Теплопередача и тепловое моделирование. - М.: Изд-во АН.СССР, 1969. - С. 5-18.

64. Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. М.: Гостехиздат, 1954. -408 с.

65. Кондратьев Г.М., Дульнев Г.Н., Платунов Е.С., Ярышев H.A. Прикладная физика: Теплообмен в приборостроении. СПб: СПбГУ ИТМО, 2003. - 560 с. - (Серия «Выдающиеся ученые университета ИТМО»).

66. Корниенко И.А. Возрастные изменения энергетического обмена и терморегуляции. М.: Наука, 1979. - 157 с.

67. Кощеев B.C. Физиология и гигиена индивидуальной защиты человека от холода. М.: Медицина, 1981.-287 с.

68. Кощеев B.C., Кузнец Е.И. Физиология и гигиена индивидуальной защиты человека в условиях высоких температур. М.: Медицина, 1986. - 256 с.

69. Кульчицкий К.И., Роменский О.Ю. Сравнительная анатомия и эволюция кровеносных сосудов и сердца. М.: Медицина, 1979. - 530 с.

70. Куманичкин С.Д. Острое переохлаждение в воде / Автореф. дисс. Л., 1954.

71. Курилова JI.M. Кожно-температурный анализатор и его взаимодействие со зрительным анализатором (Клинико-физиологические исследования) / Автореф. дис. докт. -М., 1971.-35с.

72. Курмазеико Э.А. Конструирование тепломассообменных аппаратов систем жизнеобеспечения : Учеб. пособие / Э. А. Курмазенко; Моск. авиац. ин-т им. Серго Орджоникидзе М. : Изд-во МАИ, 1991.

73. Ландо Н.Г. Характеристика физиологических реакций организма на локальное охлаждение поверхности тела человека в условиях тепловой изоляции / Автореф. дис. канд. М., 1970. - 16 с.

74. Лихтенштейн В.А. Температурная динамика в разных отделах глубокой зоны тела человека и ее оценка // Медико-технические проблемы индивидуальной защиты человека. М.: 1982. - С. 115-117.

75. Лупандин Ю.В., Мешал А.Ю., Антонен Е.Г. Влияние охлаждения и согревания организма на активность двигательных единиц у больных различными клиническими формами паркинсонизма // Журнал неврологии и психиатрии. 1996. Т.96. -№ 6. С.86-87.

76. Лупандин Ю.В., Мейгал А.Ю., Сорокина Л.В. Терморегуляционная активность двигательной системы человека. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1995.-220 с.

77. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. — 599 с.

78. Майстрах Е.В. Гипотермия и анабиоз. M.-JL, 1964.

79. Майстрах Е.В. Патологическая физиология охлаждения человека. Д.: Медицина, 1975. - 216 с.

80. Маршак Е.М. Физиологические основы закаливания организма человека.-М., 1957.

81. Масленникова Т. С. Численное моделирование и исследование режимов работы системы терморегуляции человека / Т. С. Масленникова, И. В. Фомичева // Матер. Всероссийской научно-технической конференции

82. Наука. Промышленность. Оборона». Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2008.-С.-247-252.

83. Мейгал А.Ю., Ивуков А.Ю., Герасимова Л.И., Антонен Е.Г., Лупандин Ю.В. Влияние общего охлаждения на электромиографические характеристики мышечного утомления, вызванного динамической нагрузкой // Физиология человека. 2000. Т.26. №2. - С.80-86.

84. Мелъман Е.П., Козлов В.И. и др. Гистофизиология капилляров. М.: Медицина, 1989.-290 с.

85. Методы исследования теплообмена и теплорегуляции. М.: 1968.

86. Механика кровообращения : Пер. с англ. / Каро К, Педли Т., Шортнр Р., Сид У. -М.:Мир, 1981.-624 с.

87. Минут-Сорохтина О.П. Физиология терморецепции. М.: Медицина, 1972.-227.

88. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977 - 343 с.

89. Молдованов И.А. О действии холода на мышцы и сосуды при быстром и медленном согревании / Автореф. дисс. Л., 1939.

90. Морман. Д., Хеллер Л. Физиология сердечно сосудистой системы. -СПб.: Изд-во Питер, 2000. 256 с.

91. Новосельцев В.Н. Гомеостаз как система управления. М.: 1973. - 67 с.

92. Новосельцев В.Н. Теория управления и биосистемы. Анализ сохрани-тельных свойств. Н.: Наука, 1978. - 319 с.

93. Опрышко А.В. О резервных возможностях человека, работающего при отказе системы жидкостного охлаждения (Применительно к условиям космического скафандра) / Автореф. дис. кан. М., 1978. - 16 с.

94. Орлов А.В. Общее охлаждение и его неотложная терапия. Норильск, 1946.

95. Основы космической биологии и медицины. Том II. Книга вторая. Экологические и физиологические основы космической биологии и медицины. М.: Наука, 1975.-430 с.

96. Основы космической биологии и медицины. Том II. Книга первая. Экологические и физиологические основы космической биологии и медицины. М.: Наука, 1975. - 422 с.

97. Основы физиологии функциональных систем / Под. ред. К.В.Судакова. -М.: Медицина, 1983. 272 с.

98. Основы физиологии человека / Под. ред. академика БМ.Ткаченко. — С.Пб.: Медицина, 1994. 567 с.

99. Павлов Е.Г., Тюрина М.М. Биофизика. Сложные системы: учеб^ пособие. -Казань, 2005.- 138 с.

100. Парфенов А.П. Закаливание человека. Л.: Медгиз, 1960. - 270 с.

101. Патологическая физиология экстремальных состояний / Под. ред. П.Д. Горизонтова, Н.Н.Сиротинина. — М.: Медицина, 1973. 383 с.

102. Педли Т.В. Гидродинамика крупных кровеносных сосудов / Под ред. Регирера С.А.; пер. с англ. Фетров В.Н. М.: Медицина, 1985. - 320 с.

103. Петров И.Р., Гублер Е.В. Искусственная гипотермия. Л., 1961. -228 с.

104. Пичулин B.C. Математическое моделирование и проектирование индивидуальных систем жизнеобеспечения экипажей космических аппаратов : Учеб. пособие. М.: МАИ, 2001. - 88 с.

105. Пичулин B.C., Олизаров В.В. Системы терморегулирования индивидуального защитного снаряжения экипажей летательных аппаратов : Учеб. пособие. М.: МАИ, 1995. - 60 с.

106. Плетенский Ю.Г. О повышении тепловой устойчивости человека при вдыхании охлажденного воздуха и газовых смесей1 с высоким содержанием кислорода / Автореф. дис. канд. М., 1970. - 15 с.

107. Ратнер Е.М. Опыт физиолого-гигиенической характеристики климата территорий заселения на основе оценки теплового состояния человека / Автореф. дис. канд. М., 1967. - 20 с.

108. Рашмер Р. Динамика сердечно-сосудистой системы / Пер. с англ. -М.: Медицина, 1981.-350 с.

109. Розенфелъд Л.Г. Основы клинической дистанционной термодиагностики. Киев: Здоровья, 1988. - 224 с.

110. Ростопишн Ю.А. Кибернетические аспекты жизнедеятельности // Природа моделей и модели природы. Глава 4. Методологические основы моделирования природной среды. М.: Мысль, 1986. - С. 82-118.

111. Саркизов-Серазини И.М. Основы закаливания. 4-е изд. М.: Физкультура и спорт, 1953. - 280 с.

112. Слоним А.Д. Животная теплота и ее регуляция в организме млекопитающих. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1952. - 328 с.

113. Слоним А.Д. Частная экологическая физиология млекопитающих. -М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1962. 498 с.

114. Слоним А.Д. Эволюция терморегуляции. Л.: Наука, 1986. - 75 с.

115. Соколова Н.Б. Оценка некоторых способов согревания организма при глубоком охлаждении / Автореф. дисс. — Л., 1969.

116. Справочник по гематологии / Под ред. Мелова С.Н. М.: Медицина, 1967.-530 с.

117. Султанов Г.Ф. Регионарные сосудистые реакции в процессе интенсивного теплового воздействия на организм / Автореф. дис. канд. Л., 1983.-23 с.

118. Тананова Г. В. Какова роль жира и жировой ткани в организме // Журнал Здоровье. М.: Здоровье, 1979. - Вып 1. - Электронный ресурс. URL: http://www.bibliotekar.rU/471/7.htm (дата обращения: 10.12.2008)

119. Теоретические и практические проблемы терморегуляции / Под ред. Ф.Ф. Султанова. Ашхабад, 1982.

120. Теоретические проблемы действия низких температур на организм. -Л., 1969.

121. Тепловидение и его применение в медицине / М.М. Мирошников, В.И. Адипов, М.А. Гершанович, В.П. Мельникова. М.: Медицина, 1981. - 183 с.

122. Терешина Е.В. Возрастная дисфункция жировой ткани // Альманах «Геронтология и гериатрия». М., 2005. - Вып 5. - Электронный ресурс. URL: http://lenaterechina.narod.ru/lena2.doc (дата обращения: 10.12.2008)

123. Тимофеев Н.С. Отморожения на море. Л., 1971.

124. Уманский С.П. Снаряжение летчика и космонавта. М.: Воениздат, 1967.- 192 с.

125. Физиология кровообращения: Регуляция кровообращения: Руководство по физиологии. Л. Наука, 1986. - 640 с.

126. Физиология кровообращения: Физиология сердца: Руководство по физиологии. Л. Наука, 1980. - 598 с.

127. Физиология кровообращения: Физиология сосудистой системы: Руководство по физиологии. Л. Наука, 1984. - 652 с.

128. Физиология терморегуляции // Сб.тр. Л.: 1984. - 350 с.

129. Физиология человека / Под общ. ред. А.Н. Крестовникова. М.: Физкультура и спорт, 1954. - 528.

130. Физиология экстремальных состояний и индивидуальная защита человека. М.: 1982.

131. Физиолого-гигиенические требования к изолирующим средствам индивидуальной защиты / Под ред. В.С.Кощеева и З.С.Четвериковой. -М.: 1981.-28 с.

132. Физическая модель объекта криогенного физиотерапевтического воздействия // Криотерапия в России. 2008. - Электронный ресурс.

133. URL: http:// cryotherapy.rusmedserv.com/spec3.html (дата- обращения: 10.12.2008)

134. Фолклв Б., Нил Э. Кровообращение / Пер. с англ. М.: Медицина, 1976.-464 с.

135. Фомичева И. В, Численное моделирование кровеносной системы с учетом, морфологических особенностей организма / И. В. Фомичева //

136. Матер. Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона», Новосибирск. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2005.-С. 163.

137. Фрейнк А.И. Переходные процессы в ответных реакциях организма человека и животных при развитии гипертермии / Автореф. дис. канд. -Ашхабад, 1982.-25 с.

138. Хензелъ Г. Регулирование температуры тела // Процессы регулирования в биологии: сб. статей / пер. с англ. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. -280 с.

139. Холод и организм. Тр. ВМА им. С.М.Кирова, т. 161. JI., 1964.

140. Хромова И В. Компьютерное моделирование работы системы термостабилизации человека в условиях низких температур / И. В. Хромова, А. В. Чичиндаев // Авиакосмическое приборостроение. 2009. - № 3. - С. 44-55.

141. Цивина Т.А., Ажаев А.П. Модель теплообмена человека и идентификация ее параметров (физиологические исследования и математическое моделирование). Физиол. человека, 1979, № 1. - С. 159-166.

142. Человек. Медико-биологические данные. Доклад рабочей группы Комитета II МКРЗ по условному человеку / пер. с анг. Ю. Д. Парфенова. М.: Медицина, 1977. - 512 с.

143. Численное моделирование кровеносной системы человека : метод, указания к лаб. работам и дипл. проектированию для 4-6 курсов ФЛА / Новосиб. гос. техн. ун-т ; сост. А. В. Чичиндаев. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2004. - 52 с.

144. Чичиндаев А. В. Исследование воздействия невесомости и гиподинамии на работу кровеносной системы человека / А. В. Чичиндаев, И. В. Фомичева // Авиакосмическое приборостроение. 2007. - № 4. - С. 3342.

145. Чичиндаев А. В. Исследование воздействия эффекта вращения крови на гемодинамические параметры кровеносной системы человека / А.

146. B. Чичиндаев, И. В. Фомичева // Авиакосмическое приборостроение. -2006.-№7.-С. 38-42.

147. Чичиндаев А.В. Моделирование тепловых процессов системы «человек окружающая среда» в условиях низких температур / А. В. Чичиндаев, И. В. Хромова // Научный вестник НГТУ. - 2009. - № 4. - С. 197— 201.

148. Чичиндаев А. В. Оценка эффективности тренажеров для компенсации гиподинамии в условиях длительной невесомости / А. В. Чичиндаев, И. В. Фомичева // Авиакосмическое приборостроение. 2006. - № 12.1. C. 9-19.

149. Чичиндаев А. В. Численное моделирование кровеносной системы человека / А. В. Чичиндаев, И. В. Фомичева, В. В. Толстошеева // Авиакосмическое приборостроение. -2006. -№ 11. — С. 35-46.

150. Чичиндаев А.В. Разработка модели расчета системы терморегуляции человека // Тепломассообмен ММФ-2000. Труды IV Минского Международного Форума по тепломассообмену. Минск: 2000. - Т. 7: Тепломассообмен в реологических системах. - С. 110-118.

151. Эрман И.М. О терморефлексогенной зоне в верхних отделах дыхательных путей и ее роли в терморегуляции организма // Физиология труда.-Киев, 1955.-С. 111-120.

152. Яковлева Э.В. Физиологические критерии оценки предельного теплового состояния человека в условиях нагревающего микроклимата / Автореф. дис. канд. мед. наук. М., 1971. - 18 с.

153. Blatteis С. М. Physiology and pathophysiology of temperature regulation. 1998. - 128 p.

154. Brengelmann G. L., Savage M. V. Temperature regulation in the neutral zone. In: Blatteis CM, ed. The Annals of the New York Academy of Science

155. Thermoregulation. New York, NY: New York Academy of Science; 1996. P. 39-50.

156. Burton A. C., Bazett H. C. A study of the average temperature of tissues, of the exchanges of heat and vasomotor responses in man by means of a bath calorimeter. Am J Physiol 1936; 117. P. 36-54.

157. Clark R. P., Edholm О. G. Man and His Thermal Environment. London, England: Edward Arnold Ltd; 1985.

158. Cohen L, Mitchell D., Seider R., Kahn A., Phillips F. The effect of water dificit on body temperature during rugby.//S.Abr. Wed. J. 1981. - Vol. 60. -№ 1. -P.11-14.

159. Graham Т. E. Thermal, metabolic, and cardiovascular changes in men and women during cold stress. Med Sci Sports Exerc. 1988; 20. P. 185-192.

160. Hardy J. D., DuBois E. F. Differences in men and women in their response to heat and cold. Proc Natl Acad Sci USA. 1940; 26. P. 389-398.

161. Hardy J. D., DuBois E. F. Basal metabolism, radiation, convection and vaporization at temperatures of 22 to 35 DC. J Nutr. 1938; 15. P. 477-497.

162. Hardy J. D. II Assays on temperature regulation. Amsterdam, 1972. -P. 163-186.

163. Hardy J. D. The «set-point» concept in physiological temperature regulation // Physiological controls and regulations. Philadelphia, 1965. - P. 98116.

164. Hayward J. S., Eckerson J. D., Collis M. L. Thermal balance and survival time prediction of man in cold water. Can J Physiol Pharmacol. 1975; 53.-P. 21-32.

165. Hayward J. S., Eckerson J. D., Collis M. L. Thermoregulatory heat production in man: Prediction equations based on skin and core temperature. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol. 1977; 43(2). P. 377-384.

166. Hayward J. S., French C. D. Hypoventilation response to cold water immersion: Reduction by staged entry. Aviat Space Environ Med. 1989; 60. -P. 1163-1165.

167. Houdas Y., Ring E. F. Human body temperature. Its measurement and regulation. New York: Plenum Press, 1982. - 224 p.

168. Kawakami Y., Netelson B. N., Bubois A. Cardiovascular effects of face immersion and factors affecting diving reflex in man. J Appl Physiol. 1967;23/ P. 964-970.

169. Keatinge W. R. Survival in Cold Water. Oxford, England: Blackwell Scientific Publishing; 1969.

170. Meigal A., Oksa J., Rintamaki H., Ivukov A., Gerasimova L. Muscle fatigue and recovery in cold environment // Environmental Ergonomics IX / Eds: J.Werner, M.Hexamer. Aahen, Germany, 2000. -P.153-156.

171. Meigal A.Yu., Lupandin Yu. V., Hanninen O. Head and body positions affect thermoregulatory tonus in deltoid muscles // J. Appl. Physiol. 1996. V. 80.-P. 1397-1400.

172. Meigal A.Yu., Lupandin Yu.V., Hanninen O. Influence of cold and hot conditions on postactivation in human skeletal muscles // Pflugers Arch. Eu-rop. J. Physiol, 1996. - V. 432. - P. 121-125.

173. Nadel E. R., Holmer I., Bergh U., Astrand P. O., Stolwijk A. J. Energy exchange in swimming men. J Appl Physiol, 1974. V. 36. - 465-471.

174. Neonatal hematology / edited by Pedro A. De Alarcon, Eric J. Werner. UK ; New York : Cambridge University Press, 2005. 452 p.

175. Savage M. V. Control of Skin Blood Flow in the Neutral Zone of Human Temperature Regulation. Seattle, Wash: University of Washington; 1994. Thesis.

176. Snellen J. W. Set point and exercise. / Essays on temperature refutation / Eds. Bligh J. and Moore R. Amsterdam, 1972. - P. 139.

177. Stoneham M. D. Accidental hypothermia. Lancet. 1995; 345. P. 1048.

178. Toner M. M., Sawka M. M., Holden W. L., PandolfK. B. Effects of body mass and morphology on thermal response in water. J Appl Physiol. 1986; 60. -P. 521-525.

179. Wittmers L. E., Savage M. V. Medical Aspects of Harsh Environments, Volume 1 : Chapter 17: Cold water immersion-P. 531-549.

180. Wunderlich С. E. Medical thermometry: Fundamental principles. In: Woodman, WB, ed. On the Temperature in Disease. London, England: New Sydenham; 1871:-P. 1-18.

181. Young A. J., Muza S. R., Sawka M., Gonzales R. G., Pandolf К. B. Human thermoregulatory responses to cold air are altered by repeated cold water immersion. J Appl Physiol 1986; 60(5).-P. 1542-1548.

182. Shi-Hai Xiang, Jing Liu Comprehensive evaluation on the heating capacities of four typical whole body hyperthermia strategies via compartmental model. International Journal of Heat and Mass Transfer. April 2008; 51 (2008).-P. 5486-5496.

183. Weizhong Dai, Haojie Wang, Pedro M. Jordan, Ronald E. Mickens, Adrian Bejan. A mathematical model for skin burn injury induced by radiation heating. International Journal of Heat and Mass Transfer. January 2008; 51 (2008).-P. 5497-5510