Особенности теплообмена человеческого тела в жидкой среде тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИЙ ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ ГОСУДАРСТВЕННЫ;! УНИВЕРСИТЕТ

ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ТЕЛА 3 ЖИДКОЯ СРЕДЕ

Специальность 01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

На правах рукописи

КАСТОРНОЙ Николая Иванович

УДК 536.2:612.014.461

Нальчик - 1992

Работа выполнена в Ставропольской государственном педагогической институте.

Научный руководитель:-доктор физико-математических наук, профессор НЕСИС Е.И.

Официальные оппоненты; дОктор технических наук, профессор АЛАДЬЕВ И.Т., кандидат физико-математических наук ГЕТАЖЕЕВ К.А. -

Ведущая организация: Институт теплофизики Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург

Защита состоится года в часов

_ минут на заседании специализированного совета К 063.88.11

при Кабардино-Балкарском государственном университете по адресу: 360004, г.Нальчик, ул.Чернышевского, 173. '

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: г.Нальчик, КБГУ, ученому секретарю института,.тел. 5-59-76.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КБГУ.

Автореферат разослан 1992 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических на^

1.А.Ахкубеков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Согласно закону Ньютона, удельный тепловой поток от горячего тела к менее нагретой жидкости определяете* температурным напором дТ= ТсиГ 1* ^Тсм." температура поверхности /стенки/ тела,1* - температура окружающей жидкости) и равен

т-Т) ' (1)

где постоянная об в цравой части - ковффицивнт теплоотдачи.

Следует подчеркнуть, что несмотря, на внешнюю простоту равенства (I), оно в действительности весьма сложно, ибо ковффи-циент оказывается функцией формы и размера тела, физических свойств, скорости и температуры жидкости и ряда других величин. На практике познание процесса теплоотдачи сводится по существу к определению зависимости о^ от упомянутых факторов.

Процесс теплоотдачи от живого (теплокровного) организма к окружающей среде оказывается во многократ сложнее из-за различных физиологических механизмов, с помощью которых теплокровные животные могут в широких пределах менять величину коэффициента сС с тем, чтобы температура их тела оставалась постоянной.

Исследование явления теплообмена между поверхностью тела человека и жидкостью остаётся важной задачей не только биологической и медицинской науки, но и физики. Однако работ, посвященных изучению тошюобмена между поверхностью тела человека и* водной средой, очень мало.

Явление теплообмена между человеком в воздушной средой изучается давно,но имеющиеся работы посвящены изучению ряда частных вопросов этого явления,а в целом механизм теплоотдачи человеческого организма не вполне ясен и нуждается в детальном изучении.

Поатому выполненное в настоящем исследовании вкеперкменталь-ное изучение процессов.связанных с влиянием на теплообмен в жид-

костях растворенных в них газов и солей, определение локальных коэффициентов теплоотдачи вблизи разннх участков поверхности тела цри различных температурных напорах между организмом и о кружащей водой, нахождение" предельных (екстремальных) значений локальных Ковффициентов теплоотдачи! определение скорости изменения коэффициентов со временем и усредненного по поверхности тела коэффициента теплоотдачи сС -является актуальными задачами теплофизики. Эти результаты необходимы космической медицине, теории плавания, курортологии, физиотерапии, коммунальной гигиене, в деле спасения утоналих во Бремя кораблекрушения и т.п.

Цель работы. Целью настоящей работы является изучение особенностей теплоотдачи человеческого организма в водной среде: определение значений коэффициента сЬ у разных участков поверхности тела при различных температурных напорах между организмом и окружающей водой, нахождение предельных значений указанных "локальных" ковффмциентов теплоотдачи, быстроты наступления ¡экстремальных значений коэффициента об , то есть промежутка времени, в течение которого достигает минимального значения, установление характера зависимости коэффициента СЬ от концентрации растворенных в воде солей и газов.

Научная новизны. I. Впервые определены значения локальных коэффициентов теплоотдачи 0^6 различных участков поверхности человеческого организма, погруженного, в жидкую (водную) среду.

2. Экспериментально установлено, что значения указанных ковф-фициентов зависят от знака и величины температурного напора.

3. Показано, что цри погружении теплокровных животных, в том числе человека, в жидкую среду, температура которой отличается от нормально*! температуры организма, локальные коэффициенты теплоотдачи сСь со временем уменьшаются (приблиактельно по вкспоненциаяь лому закону) до наступления щ>сдельных (минимальных) значений о4'с

4. Скорость убывания коэффициентов (¡¿¡{¿)рля разных участков поверхности тела различна, соотвеютвенмо и длительность наступления предельных значений 0^1 о» неодинакова.

5. Впервые исследовано влияние растворенных в жидкости газов

и минеральных солей на значения локальных коэффициентов теплоотдачи человеческого организма, а такле на скорость их изменения со временем при различных температурных напорах.

6. Выдвинута теоретическая идея создания приближенной модема, позволяющая в принципе построить для каждого конкретного организма номограмму теплоотдачи. С помощью такой ноиограгшы можно оценивать изменения со временем усредненного коэффициента теплоотдачи организма в жидкой среде.

Практическая ценность работа. Практическая значимость данной работы состоит в том, что показана необходимость комплексной оценки интенсивности теплообмена человеческого тела в жидкой среде с учетом физиологических и физических особенностей системы.

Исследования теплофизичесяих механизмов теплоотдачи человека в водной среде и определение•значений коэффициентов теплоотдачи оСс У разных участков, поверхности тела при различных температурных напорах, нахождение предельных значений ухазанных локальных коэффициентов теплоотдачи и времени наступления мишшааышх значений косффацаепта теплоотдача коту? быть нспользовшш я теплоэнергетике, курортологии при приёма салл, теория плавания, коммунальной гигиена, физиотерапия, космической меддцзяе.

Значения перечисленных физических величин могут сыграть определённую роль для диагностияи и прогнозирования предельных восмоа-ностей человеческого организма в экстремальных условиях.

На защиту выкосятся:

- результаты вкспериментал&ного изучения влияния на интенсивность теплообмена в жидкостях растворенных в них газов и солей;

- влияние разности температур вода н организма на скорость из-

б

мвнекия темпч'атуры «го поверхности;

- установление особенностей регуляции человеческим организмом интенсивности теплоотдачи в жидкой среде;

- возможность фактического использования с помощью соответст-вущих номограмм коеффициента теплоотдачи «фуглого цилиндра как цростейаей модели человеческого тел«;

установление примерного характера температурного поля поверхности человеческого организма к локальных коэффициентов теплоотдачи его в жидком среде;

- результаты •кспериментального исследования временных зависимостей локальных oLi и усредненного коеффнциента теплоотдачи оС теплокровных организмов;

- раскрытие теплоизоляционного механизма внешни* тканей, шерст; ного покрытия животных, одеады и т.п. при конвективном теплообмен« в жизнедеятельности теплокровных организмов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на теоретических семинарах цри кафедре теоретической физики Ставропольского государственного педагогического института, итоговой научной конференции Ставропольского государственного медицинского института, посвяценной 60-детию СССР, факультете повше-ния квалификации щ)еподьвателей (на кафедре физики) Новосибирского государственного медицинского института (1966 г.), П Всесоюзной конференции "Теплофизика и гидрогазодинамика гроцессов кипения к кондежмщии", г.Рига (1988 г.), Всесосзном совещании "Теплофизика метастабильных жидкостей в связи с явлениями кипения и кристаллизации", г.Свердловск (1989 г.).

По катирналам диссертации опубликовано б печатных работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, рекомендаций для внедрения в практику и обложений. Содержит 173 страницы мажинописного текста, вклвдает

293 библиографических наименований к 26 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дона краткая характеристика темы исследования, его научная новизна и актуальность, формулируете^ цель исследования.

Первая глава посвящена обзору опубликованных результатов многочисленных экспериментальных исследований теплообмена человека с окружающей средой.В частности (Проанализированы работы по теплообмену между телом человека и водной средой .Рассмешены механизмы терморегуляции юпиа органишов.а также действия осио*№ос Дач« торов внешней среды,влкящих на интенсивность теплообмена ыеяду жквш оргрнкауом н ощ>ужащей средой .Даны краткко исторкчоскио сведения по развитии продстаахениЯ о тсркорегудпщга внвых организмов.

Втооая глада посвящена наложению сксперказнтаяыоп методов исследования теплоотдачи теплокровных' организмовсПриводятся описания д вух установок (одна с декнекекиод тариопар, другая - о трр-ыорезкстортега датчиками) и методик тфогедокил вксперыинта по изучению гфоцэссов тепсоотдаед поверхности те*а чшовеха.Опксано устройство гркборов установки,а таете мотод гтсслэдзвиял влияния на теплообмен в жидкостях растворенннх в неЭ селсй н гаоов(рпс.1).

йяфотерморе&мсторы (ИТ) находились в сосуда с авдаостьв,который помещался ч тоалокаоляцяонккЯ блок.Но одному из ИТ пропускался гхектрмчеехкй ток, силу которого кожио би/о менять и тел саз/им осуществлять различий наглев жидкости. Сопротивление кык-ротермореаксторо» при ра&кхчных температурах жидкости определяли с помощью длух мостов Р-329 постоякнох'о тога с вгрпадышу гальванометром. Контроль постоянства, разности потащньдов осуцссталядгп путем переключения неурьвиоветенного моста ка контрольное селро-

Рис. I. Бяок-схеыа установки

1 -теплоизоляционный блок

2 - сосуд с жидкостью

3 " блок питания

4 - миллиамперметр

5 - милливольтметр

6 - мост Р-329 пост.тока с зеркальный

гальванометр ой

7 - блок питания моста

8 - блок датчиков (ЩЦ54)

тавление, Если стрелка не устанавливалась на соответствующую отиетку, её устанавливали с помощью реостата и только после этого щюивводиги егагер температур. Знак температуру жидкости и на-шсв^'гслл К2Х0Д1ЕК температурный напор» Пготность теплового потока определялось по дориуяа

<>=Ги/<;

I /

где /и - мощность рассеяния, <5 ~ площадь ишфотерморззлстора, половина поверхности которого находилась з зидкостя.

Коэффициент теплоотдачи рассчитывали по формуле:

Дяя выяснения влияния на теплообмен растворенных в нядзоста газов и солей исследовали теплообмен в негазгшэванной млнерааь-ной пидкости, а тазехе в солевых растворах? 0,Ъ%, 1% и

Описана установка и методика проведения эксперимента по изучению процессов теплоотдачи поверхности тела человека.

В третьей главе излагаются результаты применения элементов теории теплового подобия для исследования влияния растворенных в аидкоетях газов и солей на интенсивность теплообмена человеческого организма.

Для анализа результатов исследований введены относительные зозффицненты теплоотдачи: отношение хооф£ициснта теплоотдачи в газированной минеральной пидкости

г.н.н.) к 00 дистиллированной негазированной воды (О^д.в .), а •гаягэ э газированной минеральной яидаоста я негазнроаакной минеральной :о~з дзя одной а той не модности рассеяния.

По полученном опытник данным посгроену гргфзчеаказ сзгасизо» ста коэффициента теплоотдачи от плотности тэпловего штока дяя газированных япдкостей различной концентрация (риз. 2, 3).

Из графиков (рис. 2) видно, что существенной разницы в значениях коеффициентов теплоотдачи нз обнаружено а дэг&згрованише дистиллированной и минеральной воде, а токае в солевых растворах различной концентрации.

Следовательно, в рассматриваемой области тепловых потоков соли в минеральной вода и растворах небольшое концентраций(< 10%) заметную роль в процессе теплообмена иеаду кагрсватэлез я шцегой средой не играют.

25-10^-

2-\д 0,5'Ю

¡¿сЬь

Г/ ¥ д

Ш

п т V

5

МО' 3-10" НО* 5'1СУ Ь-10* у

Рис. С. Зависимость коэффициента теплоотдачи СЫ Вл/ЖЗ от удельного теплового потока в различных

жидкостях:

1-я кривая - я 0,Й растворе Л/я- ^ >

2-я кривая - е 1% растворе ¿¿',

3-я кривая -.в 1056 растворе ^^ (£ \

4-я крнь&я - в дистиллированной "негазированной" воде

5-я кривал - в минеральной "негазированной" воде

Оущественно иной результат получается при растворении в жед гости газов.

Из графиков (рис. 3), а также статистического материала видно, что между значениями коэффициента теплоотдачи в газированной (минеральной) воде и коэффициентами теплоотдачи в неге-зированной (дистиллированной и минеральной) жидкостях имеется заметное различие.

2-Ю

»- У А Г

h Tí— ,

Г/

/

0 МО* 2-ю" 4-10" 5-itf 6-10" <j

Рис. 3. Зависимость косффяцзонта теплооткати 0¿ [В т

от удельного теплового потока у [Вт /мЧ я ян^оетях о кагличкш гааосо^спгокяса:

1-я гфисая - в шшераяькоЯ гаэгфовашяЯ евдпсстн

2-я кривая - в ннисрак&коЗ "{пгаггроваккой" г^роета

3-я грпвая - в дпзгалЛЕЗвгапнэЯ "кзгаогзоваккоЯ"

гидкоста.

Интенсификация теплообмена о гагафованной пидаоста, »а кгз взтллд, объясняется главка обраеоа перопдаешаш пузкрькаан газов персыешивагаса (ббрбгдасем) гздцсоста.

Поатому интексквкоеть теплообмена вавнеят от концентрации растворенного газа в кндкаггп. В tas пэкагагн nrsi

пемерения, коэффициент теплоотдача в к&кщэнпой гасмроЕ&икой воде более чей в полтора pasa вкзэ возффнцзента ?епгоотдачи в вора деаерированнэА.

Ёы такка щшвели нвучекае твпгоо'дает в кегагпровагего8 и

газированной миндальной воде. Оказалось, что коэффициент теплоотдачи в газированной минеральной воде примерно в 1,4 pasa выше, чш в дегазированной.

Это обстоятельство необходимо учитывать в курортологии при приезде ванн. Например, можно у некоторых категорий больных уменьшать длительность процедур, используя более газированную жидкость. Этот se способ применим для понижения темпфатуры минеральной ванны с целью оконошш энергии при её подогреве.

В четвертой главе приведены результаты изучения особенностей регуляции человеческим организмом интенсивности теплоотдачи а аидкой среде, влияние разности температур воды и организма на скорйсть изменения тшпературы его поверхности. Использовано аналитическое определение коеффицианта теплоотдачи 1фуглого цилиндра как вроствйшая модель чвловэчесхого организма, а также подученная таким <?бр&аоа характеристика температурного поля с цевью црибгигенного применения к количественной оценке интенсивности теплоотдачи сивого организма в сидкой среде.

В этой se главе описаны проведенные различнши методиками зкеп^ккентеькьшгз исследования временных зависимостей коеффици-енгов C^í(l) у чзаовека х теплокровных животных.

Установлена интересная особенность: наличие аеккыетрии когф-фициентов тегшоот^ча тепло^овного организма 0¿l по отноиекию к еиаху «евпоратурнэго >напора ¿é . При одинаковом значении лЪ величины C¿i меньше ъ холодной водз, чем в горячей. При пониженных температурах жидкости изменение температуры поверхности тела происходи? медленнее, чей при повышенных. В в том заключается, в частности, отличительная особенность теплоотдачи теплокровных организмов в водной среде го сравнению о неживыми телами.

Е §5 2, 3 и 4 мы попытались применить аналитические методы теории теплоотдачи к человеческому органиаму. Если последний в

первом приближении рассматривать как тело цилиндрической формы радиуса , то уравнение теплопроводности Фурье можно записать

Чг£ч ьг ш

где ^ - средняя плотность, С " удельная теплоёмкость, X ~ коеффициент теплопроводности тела, (X - тепловыделение, температура в произвольной точке тела. Для получения частного решения дифференциального уравнения (4) необходимо указать начальные и граничные условия. Начальное условие формулируется просто:

_ Т/ыгТо, (б)

где 1о - нормальная (усредненная) температура органика. Что касается граничных условий, то в качестве одного швно воспользоваться дуговой симметрией цилиндрического тала и записать

Относительно условия на поверхности тага

), воспользуемся граничнъеш условиями третьего рода:

У=с6(Л~Т*)' (7)

Здесь Т* - температура видкости вдали от исследуемого те»

ла.

Уравнение (4) 8 краевыми условиями (Б) и (6) япяязтея дйф-фсренцкалы!1=1 уравнение» в'часта проиаэодгшх, око подробно во-следуется в курсах теплоотдачи. Однако в рассматриваемся сяучгз задача существенно ослозшотся всяодатвиа того, что чэаовзяясшй органисм обладает способностью регулировать. теглогродуэтрз Ш) и коэффициент теплообмена ()С i стреняеь гея сгжз поддергивать температуру тела близкой в 1<э

Кроме того,' о физической точки зрения человеческий организм является неоднородна телам, поэтому коэффициенты С »0^ и Л меняются от точки к точке. Поскольку нас интересует качественная картина, то мим'обстоятельством можно пренебречь, считая, что все вти коэффициенты равны некоторым усредненным значениям.

В дальнейшем будем считать, что термопроизводство )

поддерживается организмом на таком уровне, что температура вдоль оси симметрии моделирующего цилиндра остается длительное время неизменной*). Ход аналитическою решения излагается ниже. Сперва же приведем известный ив теории теплопередачи графический метод нахождения коэффициентов качестве примера рассмотрим охлаждение твердого тела цилиндрической формы, помещенного- в более холодную среду. Зная распределение температуры вдоль радиуса поперечного сечения цилиндра я коэффициент теплопроводности Л .можно графически н^Яти значение коэффициента теплоотдачи оС, ибо отрезок где " относительный коэффициент теп-

лоотдачи.

На рис. 4 приведены меняющиеся со временем трафики распределения температуры охлаждающегося твердотельного цкливдра. Иб него следует, что, несмотря на непрерывное понижение температуры во всех точках цилиндра, касательные к крив» Т'(%{/) на его поверхности (£=/?) пресекаются в-одной и той же точке II. Это означает, что коэффициент СС остается неизменным.

Обобщим этот классический метод на случай живого организма, погруженного в холодную или горячую воду.

Поскольку коэффициент при этом со временем уменыаает-

Естественно, что такое допущение приблизительно справедживо для небольших температурных перепадов |7в ~Т*1 .

15 >Т

А' /

// /

' // С

м •-я-!

Рис. 4. графики распределения температур вдоль радиуса твердотельного цилиндра, помещенного в холодную жидкость

ся, то касательная к кривой распределения температуры пересекает ось абсцисс во всех более, удаленных от начала координат точках Цр и<> ... (рис. 5).

Рпс.-Б. Картина игаенения кривых распределения температур

•вдоль радиуса поперечного сечения живого организма

_ д

На рисунке 5 отложены отрезки ОМС ^ ^¿¿(Ь) • Поскольку коэффициент теплопроводности Л практически не меняется, то

о ростом отрезков ОМ коэффициент теплоотдачи Об со временем убывает.

Полагая Т/^с"- 1о ~ ^П-Ъи > мы в различные моменте времени , «%ъ » • •• проводили касательные к температурным кривым. При зтом обнаружили, что точка 11 через некоторое время Птах перестает смещаться вправо от начала координат и коэффициент теплоотдачи с(/ достигает своего минимального значения, теплообмен становится стационарным. Можно предположить, что такое состояние наступает тогда, когда температуры жидкости на границе с цилицдром и его поверхности оказываются равными

(т,=и.

Этот метод можно будет использовать ддя построения номограмм теплоотдачи индивидуального организма.

Вьдевинутые нами предположения были затем проверены в опытах с различной температурой окружающей жидкости при условии непродолжительного нахождения в ней организма, так что температура на оси симметрии фактически оставалась постоянной

(Т/„=сок1) .

В этих опытах определялась также длительность установления стационарного теплообмена и значение коэффициента теплоотдачи

Фмл ,

При аналитическом определении коэффициента теплоотдачи ОС применительно к живым организмам, учитывая цилиндрическую геометрию простейшей теплофйэической модели человеческого организм

нужно решить уравнение тепдопроводоости в цилиндрической систе» координат.

ЭТ //Г А эТ

Т= Тгт,

где

Начальное условие имеет естественный вид:

Тм=То. ■ (9)

В качестве граничного используется условие третьего рода:

¿%Lr ^-{/-r ( /я )

(1С)

G учётом функции, удовлетворяющей этому условию, получают:

iHg+ff-.

Решением этого обыкновенного дифференциального уравнения П-го порядка являются функции Бееселя (нулевого порядка) первого

Г-Шр)^СЛ(р).

G учётом физических соображений и граничного условия третьего рода приходят к трансцендентному уравнению вида

_ 2Я _ МЯ1 ■ (13)

кя'хт)'

в котором неизвестная величина ft находится с помощью решения этого уравнения с использованием двух графиков: •____L v и .. _ 1(Х) .

■ г кя' иИ'~хГю

Уравнение (13) имеет бесконечное множество корней X; - ^¡п ■ Разделив Yi на ft , получаем множество дискретных значений Cj i .

В частности, если очень велико, то ^¿й, совпадают

с нулями ^ функции Бессвля % (%) , которые содержатся в таблицах: ^ . Если же ¡1~о • то есть тело абсолютно тепло-иаолцрованно, значения равны кулевым вначениям цроиаводной

йоМ-

Для удовлетворения начальному условию (9) составляют ив частных значений ряд Йурье-Ьеоселй

■Ч^ЁЫхьч), <14)

который также является решением уравнения (II),

Тогда функция, удовлетворяющая граничному условию третьего рода с учетом (14), приметавид:

= Уо(шг) . (1б)

1->л „ Выбирают коеффициенты Сь таким образом, чтобы при о

ряд (15) сходился на торцах цилиндра к Т=Х :

¡Е&йМг^яТо . (16)

' ¿= / Г

Т.е. задача свелась к представлению постоянной 1о в виде ряда то бесселевым Аунхциде нулевого порядка:

(17)

В соответствующих курсах теплоотдачи приводятся выражения дгя коэффициентов Фурье-Бесселя

■Сп= (%,«<.) си (18)

• У/

Следовательно, ряд ,(15), у которого ковффипиенты С п. определяются по Формуле (18), является решением (8) и повволяве о^ре« делить значения температур точек поверхности и оси цилиндра в любой момент времени Ъ .

Отличительная особенность наиеР. задачи состоит в том, что е случае теплокровного организма относительней коэффициент теплоотдачи }\ не является постоянно* величиной, а в определенных пределах монотонно убывает со временем (не учитывая тепловыделение).

Как показали наши измерения, коэффициент теплоотдачи оС р процессе переноса теплоты монотонно уменьшается приблизительно (по экспоненциальному закону) от нормального значения др некоторого предельного :

где ^р - константа, характеризунцая быстроту спадания величины^ (рис. 6), о£»в

сС

V

Рис. 6. Экспоненциальная зависимость кооффацкентз теплоотдачи сЛу'Ъ во времен«.

Значения показателя £ такжч находились с помощью опытных изы«ззений.

Поскольку теплообмен между различными участками поверхности

тела органивма «елояека и жидкой средой неодинаков, то будет кы-гь место семе*ст*о кривых с различной адгтиэной, определяемой углом нак»она £ определенного ддя каждого участка поверхности (рис. 7).

оС »(вл/м'/О

Юс

■боо

500

Рис. 7. Временная'• аависимость коэффициента теплоотдачи мег^яу организмом и окружающей водой разных участков поверхности те»а при Т «312,8 К. I - обяасть щей П - подмышечная чпедина Ш - передняя брюшная стенка 1У - паховая область У - кисть руки Л - стопа ноги

В эксперименте покаяатежь ^ вучислялся для каждого последующего промежутка времени л^-Юс с помощью выражения:

, (20)

где ¿(¿иГС^иТсСо.

Подробный физико-математический анализ множества полученных нами при различных условиях результатов позволяет заключить, что в,пределах экспериментальных погрешностей для каждого участка поверхности человеческого организма показатель остается приблизительно неизменным. Это оеначает, что при погружении живого тела я яидкую среду с. температурой, отличной от i благодаря су-

ществующим у теплокровных организмов физиологическим механизмам, величина коэффициента теплоотдачи оС постоянно уменьшается по экспоненциальному закону ( СОП$1/ ).

Эта закономерность была подтверждена в экспериментах на животных при измерениях коэффициента теплоотдачи C¿ через каждые 30 с.

В пятой главе освещена роль конвективного теплообмена в жизнедеятельности теплокровных организмов. Рассмотрев наобходимые и достаточные условия возникновения свободно* конвекции, а также теплоизоляционные способы терморегуляции, е частности, физический механизм теплоизоляционного действия внешних тканей, шерстяного покрытия животных, одежды и т.п. и процесс "соч^удютой" терморегуляции теплокровных организмов. При первом способе аналитически было показано, что при толстых, плохо проводящих прокладках ( / , <jtacl I?0, тепловой поток C^-kiC^tCld 7ч такие стремится к нулю (Kj - коэффициент- теплопроводности кожи практически постоянен): при очень тонких прокладках возрастает.

При "сосудистом" способе терморегуляции также происходит изменение температурного градиента на поверхности организма, ко механизм этого процесса существенно иной. Пусть человек попал л

условия холодной внешней преды. Чтобы уменьшить ílt(zdT'noícgy,''o-

/

ста по яприкАзу* из нервного центра -геркорегуляши периферические сосуда, игракэде рель своеобразных '0ачаре* "оулного. отонле-г-'<п ', сузсаются ¿ гтриток коори к повеохностнкм слоям уменьшает-

ся, и поверхности в в том слуае становится малым и тем са-

мым уменьшается пропорциональны* ему тепловом поток из организма к окружапце* среде.

Основные выводы работы сводятся к следующему:

1. Разработана методика и собрана специальная экспериментальная установка для исследования влияния раотвореиных в жидкостях газов и ссле» на интенсивность теплообмена, а таксе окончи руированы цриборы для изучения явления тепюобмс/на человеческого тела в жидкой вреде.

2. Экспериментально определены значения локальных ковффици-ентов теплоотдачи (¿1 и характеры их изменения со времени у человеческого организма, погруженного в водные среды различию: температур и концентраций расеторенныг солей и газов-

3. Установлено, что наличие в роде заметных количеств растворенных газов существенно увеличивает (до 50%) величины локальных коэффициентов ¿1 .

4. Содержащиеся в водном растворе минеральные сели практически не оказывают влияния на интенсивность теплообмена между телом и окружапцв* жидкой средой. .

5. При погружении теплокровного организма как в более холодную, так и более горячую (по отношению к нормальной температуре человека) веду легальные коэффициенты теплоотдачи любого участка поверхности тела монотонно понижаются, пока не достигают соответствующих предельных значений (¿¡#>

6. Величин» предельных коэффициентов сС1»° и врзыени их чаотушения, как давило, различны для равных участков на поверхности тела.

7. Установлено начитав асимметрии ковМициентов теплоотдачи €¿1 по отношению к знаку температурного напора : при одинаковом значении величины оСс меньше в холодной воде, чей

в горячей.

8. При увеличении абсолютной величины температурного напора в физиологически допустимых пределах локальные коэффициенты теплоотдачи Ыл , как правило, уменьшаются, при этом быстрота уменьшения максимальна у поверхностей периферических органов.

9. Понижение локальных коэффициентов Сб£ при погружении тела в водную (как и воздушную) среду, температура которой заметно отличается, (в ту или иную сторону) от ¿ц , локальные коэффициенты и усредненный коэффициент теплоотдачи об организма понижаются по приблизительно экспоненциальному закону

10. Логарифмический показатель £ убывания коэффициента (как локального, так и усредненного), являясь функцией температурного напора д, зависит также от избранного участка по-

I о

верхности тела, а также от знака д"(/ •

11. Величины локальных логарифмических показателей при прочих равных условиях больше при отрицательных температурных напорах (в холодной воде), чем при напорах положительных (среда горячая). Соответственно предельные значения с/лж> в первом случае ниже, чем во втором.

12. Проведен анализ физического механизма теплозащитного действия в условиях конвективного теплообмена естественных (шерстяной или волосяной покров) или искусственных (одежда, головной убор, обувь.) средств, используемых теплокровными организмами для поддержания физиологически допустимых температурных условий их . жизнедеятельности.

Основные результаты диссертационно* работы опубликованы в следующих работах:

1. Несис Е.И., Касторно* Н.И. К вопросу о Физических основах регуляции живыми организмами интенсивности теплоотдачи//Ис-следования по Физике кипения.-Ставрополь,1976.-Выл.1У.-С.30-35.

2. Касторно? Н.И. Экспериментальная установка для изучения процессов теплоотдачи от поверхности тела человека к жидкости// Исследования по физике кипения. - Ставрополь, 1579. - Вып. У. -С.84-07.

3. Касторной Н.И. Выяснение роли физиологического и тепло-физического факторов при теплообмене в жидкостях с различными (••иаико-химическими составами// Итоговая научная конференция Ставропольского медицинского института, посвящ.60-летию СССР, -Ставрополь, 1982. - С.75-76.

4. Касторкой Н.И. Влияние разности температур жидкости и погруженного в неё организма на скорость изменения температуры его поверхности// Актуальные проблемы медицины. - Ставрополь, . 1965. - С.134-135.

5. Касторной Н.И. Регулирование интенсивности теплообмена при кипении и испарении газированной жидкости в процессе приема бальнеологических ванн. - В кн.: Теплофизика и гидрогазодинамика проиессо* кипения и конденсации: Матефи&хъ' П Всесоюзно* конференции. Тезисы докладов. - Рига, 1988, ТЛ, - СЛ04-105.

6. Касторной Н.И. Регулирование интенсивности теплообмена при кипении и испарении газированно* жидкости в процессе приема бальнеологических ванн. -'В кн.: Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации: Материалы П Всесоюзно» конференции. Статьи. - Рига, 1939. - С.49-52.