Формирование листа «Криотерапия»
Вычисления, связанные с моделированием нестационарного переноса теплоты в оболочке человеческого тела при охлаждении в газовой среде будет отличаться только порядком расчета коэффициента теплоотдачи. Это позволяет предельно упростить порядок формирования листа «Криотерапия». Достаточно скопировать и переименовать лист «Гипотермия». Эти действия можно выполнить различными приемами. Достаточно щелкнуть на ярлычке листа «Гипотермия» и затем при нажатой клавише Ctrl перетащить его на новую позицию. При перетаскивании ярлычка появится маленький значок листа, а треугольная стрелка указывает место вставки. При этом к имени копии добавляется число в круглых скобках, позволяющее отличить дубликат от исходного листа (см. рис. 23).
Рис. 23. Копирование листа «Гипотермия» в текущей книге
Для смены имени можно использовать команду «Переименовать» контекстного меню листа «Гипотермия (2)» или просто дважды щелкнуть на ярлычке листа и ввести имя «Криотерапия». Кроме этого, Excel предоставляет команду «Переместить/скопировать лист», которая выполняет подобные операции с листами (см. рис. 24). В окне диалога выбираем режим копирования и указываем положение копии в книге. Затем присваиваем копии новое имя «Криотерапия».
Рис. 24. Использование окна диалога Переместить или скопировать
для формирования листа «Криотерапия»
Теперь требуется на вновь созданном листе в ячейке Н40 изменить комплексную формулу для расчета коэффициента теплоотдачи при естественной конвекции газа (см. рис. 25). Для этого изменяем ссылки на лист «Свойства» для определения физических свойств газа [2], а также значение температуры теплоносителя в разделе граничных условий.
Рис. 25. Ввод формулы для расчета коэффициента теплоотдачи
на листе «Криотерапия»
Порядок выполнения лабораторной работы
Лабораторная работа сводится к моделированию процесса охлаждения оболочки посредством гипотермического и криогенного теплоносителя. Для выполнения работы необходимо ввести на листах «Гипотермия» и «Криотерапия» исходные данные в соответствии с индивидуальным заданием. Затем используя данные столбца «Контроль» определить максимальную продолжительность охлаждения в обоих случаях и отметить строку прекращения эксперимента, изменяя цвет заливки.
Листы «Гипотермия» и «Криотерапия» могут многократно меняться в зависимости от исходных данных, поэтому для составления отчета о выполненной работе следует использовать отдельный лист «Результаты», на который копируются результаты вычислений. Для копирования следует использовать команду «Специальная вставка» → «Значения» (см. рис. 26).
Рис. 26. Копирование результатов эксперимента на лист «Результаты»
с помощью функции «Специальная вставка»
Порядок обработки результатов поясняется на примере.
Пример: Исследовать изменение температуры поверхности объекта Тi=1 = f (τ) и теплового потока через границу жирового слоя qn2+1 = f (τ) при гипотермическом и криотерапевтическом охлаждении.
Исходные данные:
толщина эпителия – δэ=2 мм;
толщина жирового слоя – δж=10 мм;
в начальный момент времени при τ =0 температура поверхности объекта – Тi=1=305 К и температура на внутренней границе – Тi=n=310 К;
температура воды – +2 оС;
температура газа – 150 К.
Вводим исходные данные на соответствующие листы и определяем максимальную продолжительность охлаждения.
При криотерапии τmax=133 с (см. рис. 27). Выделяем строку, соответствующую моменту прекращения эксперимента, любым цветом заливки.
Рис. 27. Определение максимальной продолжительности охлаждения
при криогенном охлаждении объекта
Аналогичные действия повторяем на листе «Гипотермия», где τmax =164 с.
Для построения графика Тi=1 = f (τ) выделяем диапазон ячеек изменения температуры в интервале 0 ≤ τ ≤ τmax, копируем в буфер обмена и вставляем на лист «Результаты» при помощи команды «Специальная вставка». Для наглядности результатов пересчитываем значения температуры в шкалу Цельсия (см. рис. 28).
Рис. 28. Пересчет температуры поверхности объекта в шкалу Цельсия
К пересчитанным столбцам температуры добавляем столбец со значениями времени и получаем массив, пригодный для построения диаграммы Тi=1 = f (τ) (см. рис. 29).
Рис. 29. График изменения температуры поверхности объекта охлаждения
при различных способах отвода теплоты
Диаграмма копируется в редактор Word и снабжается комментарием о наблюдаемых различиях.
Аналогичным образом формируем массив для построения графика qn2 = f (τ) при n2=25 и строим диаграмму (см. рис. 30), которую после соответствующего форматирования переносим в отчет о лабораторной работе.
Рис. 30. График изменения теплового потока через внутреннюю границу
жирового слоя
В завершении работы определяем интегральное количество теплоты, прошедшее через участок i=n2 за время эксперимента:
Для вычисления определенного интеграла воспользуемся формулой численного метода трапеций:
Используя функцию «СУММ», определяем интегральное количество теплоты для гипотермии и криотерапии (см. рис. 31).
Рис. 31. Гистограмма интегральной потери теплоты (кДж/м2) через внутреннюю границу жирового слоя при криотерапии и гипотермии
Разработанный вычислительный аппарат пригоден для выполнения многообразных вычислений, в том числе и для оптимизации технологии криогенной физиотерапии.