Статья: Развитие криогенных технологий воздействия на ткани организма человека (2022)

В условиях негативных изменений, происходящих в биосфере планеты, таких, как загрязнение окружающей среды и атмосферы, потепление климата, истощение энергоресурсов и прочее, к производителям холодильного оборудования предъявляются все более высокие требования, основными из которых являются:
– повышение энергоэффективности холодильного оборудования;
– снижение материалоемкости холодильных установок;
– использование «чистых» и безопасных материалов и холодильных агентов.
Тайваньская компания Fusheng, вот уже на протяжении нескольких десятилетий, является одним из мировых лидеров в производстве винтовых холодильных компрессоров. Специалисты компании постоянно работают над совершенствованием выпускаемого оборудования и внедрением самых современных технологий.
За последнее время наиболее эффективными шагами в этой сфере оказались разработка и освоение выпуска, уникальных в своем роде, двухступенчатых низкотемпературных винтовых компрессоров серии SRT, а также выпуск компактных винтовых компрессоров со встроенным маслоотделителем серии BSR с изменяемой степенью сжатия и полугерметичных винтовых холодильных компрессоров с объёмной производительностью от 85 м3/ч до 1946 м3/ч Серия компрессоров SRT включает в себя 6 моделей с объемной производительностью 1-й ступени 120–759 м3/ч и 2-й ступени 50–300 м3/ч.

Обоснование. Локальная криотерапия (ЛКТ) является перспективным методом лечения различных болезней, в результате которого достигаются эффекты обезболивания и уменьшения воспаления. Основной фактор эффективности с физической точки зрения – достижение целевой температуры на поверхности области воздействия.
При этом во время процедуры температура поверхности ткани не должна опускаться ниже минимально допустимой – предельно безопасной температуры.

Цель. Выявление по результатам анализа литературы диапазона целевой и предельной по параметрам безопасности температур. Проведение экспериментов с применением криопакетов по охлаждению фантома биоткани, определение наиболее подходящих режимов воздействия.

Методы. На разработанном стенде была проведена серия экспериментов для сравнения двух режимов контактного способа ЛКТ в зависимости от использованного рабочего вещества (раствор хлорида натрия, смесь льда и воды). Сравнение проведено по следующим параметрам: время достижения целевой температуры на поверхности,
температура на глубине модельной среды. Температура измерялась термометрами сопротивления (Pt100).

Результаты. При охлаждении раствором хлорида натрия температура поверхности модельной среды понизилась до 10 °С за 6 мин воздействия, а через 17 мин достигла своего минимального значения 6,2 °С. В случае температура на глубине 8 мм в обоих случаях была примерно одинаковая и составляла около 16 °С. Она была достигнута на 20 мин с раствором хлорида натрия и на 60 мин со смесью воды и льда.

Заключение. В результате проведенных экспериментов определен наиболее подходящий режим охлаждения контактным способом с применением криопакетов. В итоговом режиме в качестве рабочего вещества использовался хлорид натрия с начальной температурой минус 18,4 °C с возможным временем воздействия от 6 до 25 мин.

Целью данного исследования является анализ перспектив использования локальной криотерапии в костном ремоделировании. Кратковременное интенсивное охлаждение через кожу вызывает ответную реакцию организма.

Для оценки эффективности криостимуляции костного дефекта на модели крыс Вистар in vivo в кортикальном слое диафиза задних лап крыс формировали сквозные дефекты диаметром 2,15 мм. В дальнейшем животных подвергали однократному и двукратному криовоздействию в течении недели (до 6 недель). Средняя локальная температура
поверхности кожи снижалась с 28 до 14 °С. Снижение температуры внутри биологической ткани вблизи костного дефекта составило 5,3 °С. МикроКТ и гистологический анализ показали, что криовоздействие 2 раза в неделю является эффективным методом лечения. Наблюдалось полное заполнение дефекта критического размера и практически полная минерализация кости. Результаты показали перспективность использования низких температур в комплексном лечении травм и заболеваний костей. Эта информация будет полезна для понимания корреляции эффекта и воздействия криостимуляции, а также для разработки протоколов лечения, исследование позволяет сделать шаг к возможности заживления костей с помощью криостимуляции на практике.

Локальное низкотемпературное воздействие (ЛНВ) на биоткани в зависимости от достигаемой температуры может приводить к разрушающим, сохраняющим или терапевтическим эффектам. В работе описан принцип единого подхода для перехода от массовых рекомендаций по дозированию локального низкотемпературного воздействия к персонализированным. Предлагается разделить процесс воздействия на три этапа: планирование, обеспечение и контроль, анализ соответствия запланированной и полученной дозы. Приведены примеры решения задач теплообмена в криохирургии и криоконсервации для возможного улучшения этапа планирования. В рамках первого
направления рассмотрено два случая. Первый – повышение точности планирования криоаблации предстательной железы. Второй – сравнение по эффективности различных материалов криохирургических аппликаторов: медь, латунь и искусственный сапфир, который возможно применять для воздействия и контроля зоны замораживания
оптическими методами. В рамках второго направления показан случай применения локального низкотемпературного воздействия для решения задачи одновременного сохранения каркаса биоткани и удаления слоя клеток донора, называемый децеллюляризацией, в целях трансплантологии. Результаты приведенных примеров потенциально могут быть использованы при планировании локального низкотемпературного воздействия. На основе единого подхода возможна разработка методик и технологий нового поколения с возможностью прецизионного дозирования.

Обоснование. В настоящее время растет потребность в центробежных компрессорах с высоким отношением давлений в ступенях. Такие требования побуждают использовать высоконапорные ступени с большими окружными скоростями u2>300 м/c, что ведет к повышенным уровням условного числа Маха и, как следствие, потерям напора.
Работы по повышению эффективности таких ступеней ведут к снижению энергопотребления и повышению холодопроизводительности холодильных машин.

Цель – разработать типоряд из десяти высокоэффективных высоконапорных модельных центробежных компрессоров с отношением давлений Пк=2,0.
Методы. Используется разработанная авторами комплексная расчетная методика для повышения эффективности ступеней центробежных компрессоров. Методика состоит из последовательного выполнения 4 этапов: газодинамический расчет, профилирование, трехмерный вязкий расчет, многопараметрическая оптимизация.

Результаты. Спроектирован типоряд модельных центробежных компрессоров для следующего диапазона параметров расчетного режима: условный коэффициент расхода 0,035<Фр<0,12; коэффициент теоретического напора ψт.р.=0,74; условное число Маха 0,93<Mu<0,96. Оценочный изоэнтропный КПД разработанных центробежных
компрессоров составляет от 77% до 84% в зависимости от расходности ступени.

Заключение. Разработан ряд из десяти высокоэффективных проточных частей одноступенчатых центробежных компрессоров, который может использоваться в газодинамических проектах при проектировании современных центробежных компрессоров.

Обоснование. В настоящее время в холодильной технике все чаще используются спиральные компрессора.

Они обладают высоким коэффициентом подачи, малой шумностью, высокой уравновешенностью и рядом других преимуществ. В открытом доступе не хватает информации, описывающей профилирование спиралей спиральных
компрессоров, тогда как данный этап проектирования самый сложный.
Цель. Описание построения и профилирования наиболее распространённых типов спиралей холодильных спиральных компрессоров.

Методы. Использование известных математических зависимостей и математического аппарата для вывода расчётных формул.

Результаты и их применение. Выведены и описаны необходимые математические зависимости, позволяющие профилировать и строить 3D-модели кусочно-окружной спирали, эвольвентной спирали и спирали Архимеда.

Гелий – ценный природный ресурс, имеющий большое значение для научных исследований. В настоящее время его извлекают в основном из природного газа или с помощью крупных воздухоразделительных установок (ВРУ).
Гелий, обычно вместе с неоном, отводятся из ректификационной колонны. В целях получения чистых неона и гелия производится их дополнительная очистка. В настоящей статье рассматриваются основные методы выделения гелия из неоногелиевой смеси, разрабатываемые отечественными и зарубежными исследователями. Сравнение методов
ректификации, вымораживания, мембранного разделения и сорбции, позволяет заключить, что метод адсорбция позволяет проводить разделение в относительно высоких температурных интервалах и более энерго-эффективно, чем другие рассмотренные методы разделения. В работе приведены существующие примеры использования адсорбционного
метода очистки гелия от неона, которые реализованы в КНР и на территории СНГ. Представлен обзор по адсорбционному разделению на новых адсорбентах, как на металлоорганических основах, так и на одностенных углеродных нанотрубках. В
дальнейшем авторы планируют проводить эксперименты, с целью восполнения
пробелов данных по адсорбции и десорбции неоногелиевой смеси на разных адсорбентах.

Данная статья представляет собой обзор известных технологий аккумуляции холода с использованием бинарного льда в системах кондиционирования воздуха. В работе авторы постарались привлечь внимание читателя к экологически чистой технологии, повышающей энергоэффективность систем кондиционирования.
В работе рассмотрены системы с хладоносителями, выделены их основные виды и перечислены основные преимущества и недостатки использования двухфазных хладоносителей. Так как для использования воды в качестве хладоносителя при температуре ниже 0°С требуются дополнительные примеси, то были рассмотрены основные присадки и депрессанты, используемые в технологии получения ледяной суспензии, а также их влияние на свойства водного раствора бинарного льда. Авторами были изучены и описаны основные известные методы генерации бинарного льда, такие как: переохлаждение жидкости, прямой контакт с несмешиваемым хладагентом, намораживание на поверхностях, получение ледяной суспензии в псевдоожиженном слое и «вакуумный» лед. Для каждого метода описаны принципы получения бинарного льда, его основные преимущества и недостатки.
Для более полного понимания особенностей проектирования систем, использующих бинарный лед, авторами были рассмотрены методы хранения и распределения ледяной суспензии в системе. Описаны их области применения, основные отличия использования централизованной и децентрализованой систем хранения бинарного льда.

Целью настоящей работы является обзор литературы, посвящённой тепловым трубам, для анализа целесообразности использования данного типа теплообменника в системах кондиционирования воздуха. В статье описан принцип работы и конструкция тепловой трубы, приводятся различные способы возврата конденсата, подробно описывается её термодинамический цикл. Значительное внимание уделяется фитильным конструкциям и рабочим жидкостям. Далее перечисляются ограничения на перенос теплоты тепловых труб, которые влияют на работоспособность теплообменника. Описаны рекомендации по проектированию, найденные в научной литературе и на сайтах компаний-производителей. Приводятся схемы конструкций тепловых труб, применяющиеся в центральных
кондиционерах и в системах кондиционирования воздуха (СКВ). Продемонстрирован пример установки с использованием тепловых труб в качестве теплообменника отработанного воздуха в центральном кондиционере. Проведено сравнение эффективности и тепловой мощности различных способов теплоутилизации при одинаковых начальных параметрах расхода и температур наружного, вытяжного воздуха. В заключении сделан вывод о преимуществах использования тепловых труб в СКВ для утилизации теплоты. Указана причина редкого применения указанного теплообменника.
Приводится результат сравнения различных способов теплоутилизации и ответ на вопрос о перспективности использования тепловой трубы в СКВ. Даются рекомендации о направлении дальнейших исследований по представленной в обзоре тематике.

В статье рассматриваются предпосылки и закономерные последствия развития методов регулирования в инженерных системах: (1) простой регулятор по отклонению и возмущению, (2) регулятор с нечеткой логикой, фаззификатором и базой правил, (3) регулятор с нейронной сетью для динамической подстройки коэффициентов соответствующих звеньев, (4) дискретный нейронный сетевой регулятор с нейронным аппроксиматором и контроллером.

Опыт, наработанный исследователями и инженерами с момента первого описания принципов регулирования в 1910 г., и уровень развития информационных технологий, в частности, нейронный сетевой метод машинного обучения и колоссальный вычислительный потенциал компьютерных устройств, сегодня могут быть интегрированы в принципиально новый метод дискретного нейронносетевого регулирования.
Обзор, проведенный в статье, нацелен на выявление и демонстрацию значимости экспериментальных и эксплуатационных данных, которые должны быть должным образом структурированы и размечены на этапе их сбора и архивации. Именно такой подход позволит прийти к скорейшему внедрению нейронносетевых контроллеров в инженерные
системы, поскольку самым важным этапов для их создания является процесс обучения и оптимизация архитектуры нейронных сетей.
Приводится принцип работы, достоинства и недостатки на фоне существующих и активно используемых регуляторов, оптимальные этапы развития дискретной нейронносетевой концепции регулирования на базе двух нейронных сетей для формирования стратегии регулирования с учетом наиболее вероятного состояния системы в следующий момент времени.