Моделювання термодинамічних процесів заморожування та обезводнення біологічних об'єктів
Вантажиться...
Дата
1999
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Одес. держ. акад. холоду
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.04.03 - Холодильна і кріогенна техніка, системи кондиціонування повітря.
Розглянуто кінетичні моделі водообміну при заморожуванні клітин та сформульовано шляхи керування концентраційними ефектами на основі глобальних фазових діаграм. Фазова поведінка водно-сольових систем у діапазоні концентрацій, спостережуваних у живих системах, описана в наближенні квазібінарних розчинів. Визначено принципові можливості пошуку оптимальних кріопротекторів на основі аналізу глобальної фазової поведінки водно-сольових розчинів під впливом органічних добавок. У даній роботі біологічні об'єкти відображаються теплопровідним середовищем, в якому структурна неоднорідність генерується за рахунок хаотичного росту первісної локально рівноважної структури. Перехід від мікроскопічного опису до мезорівня здійснюється на підставі гіпотези про те, що коефіцієнт температуропроводності є функцією відстані та фрактальної розмірності. Розроблено підхід до вибору робочих температур кріоінструментів для мінімальної деструкції здорових тканин на підставі розв'язання зворотної задачі теплопровідності з фазовими переходами. Дано обгрунтування переваг двоступінчастого заморожування біологічних матеріалів для запобігання деструкції клітинних структур на основі методів теорії оптимального управління для кінетичних моделей процесів заморожування-обезводнення.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.03 - Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования воздуха. Рассмотрены кинетические модели водообмена при замораживании клеток и сформулированы пути управления концентрационными эффектами на основе глобальных фазовых диаграмм. Фазовое поведение водносолевых систем в диапазоне концентраций, наблюдаемых в живых системах, описано в приближении квазибинарных растворов. Определены принципиальные возможности поиска оптимальных криопротекторов на основе анализа глобального фазового поведения водносолевых растворов под влиянием органических добавок В данной работе биологические объекты отображаются теплопроводящей средой, в которой структурная неоднородность генерируется за счет хаотического роста затравочной локально равновесной структуры. В зависимости от используемого закона роста, траектории движения формируют такие перколяционные сети, хаотический характер которых качественно напоминает реальные структуры биологических объектов в мезотермодинамическом масштабе. Принципиальной особенностью уравнений переноса в таких системах является наличие фрактальной размерности, представляющей информационную меру множества хаотических теплопроводящих путей рассматриваемой структуры. Переход от микроскопического описания к мезоуровню осуществляется на основе гипотезы о том, что коэффициент температуропроводности является функцией расстояния и фрактальной размерности. Предложенная математическая модель распространения криовоздействия в нерегулярной теплопроводящей среде включает три основных фактора, генерацию геометрической структуры биологического объекта (кластера) - микроуровень, определение фрактальной размерности теплопроводящей структуры - мезоуровень; вычисление температурного поля фрактальной среды - макроуровень. Представлена компьютерная реализация рассмотренных выше моделей применительно к различным биологическим объектам, подвергающимся локальным криовоздействиям. Разработан подход к выбору рабочих температур криоинструментов для минимальной деструкции здоровых тканей на основе решения обратной задачи теплопроводности с фазовыми переходами. Дано обоснование преимуществ двухступенчатого замораживания биологических материалов для предотвращения деструкции клеточных структур на основе методов теории оптимального управления для кинетических моделей процессов замораживания - обезвоживания.
Thesis for a candidate of science (engineering) degree by specialty 05.04.03 - Refrigeration and cryogenic engineering, air-conditioning systems. The kinetic models of a water exchange on freezing cells have been studied and the methods of the concentration effect control on the basis of global phase diagrams have been formulated. A phase behaviour of water-salt systems in the range of the concentrations occurring in an alive system is described as quasi-binary solutions. The principal possibilities of a search for the optimum cryoprotectors based on analysis of global phase behaviour of the water-salt solutions acted upon by organic admixtures have been determined. In this research work a biological object is considered as the heat-conducting medium in which a structural heterogeneity is generated due to a chaotic growth of a initial locally equilibrium structure. Transition from a microscopic description to a mesolevel is realized on the basis of the hypothesis that the temperature conductivity coefficient is a function of the distance and fractal dimension. An effective approach to choosing the operation temperature of cryoinstruments for the minimum destruction of tissues has been developed on the basis of solution of a inverse problem of heat conductivity with phase changes. An advantage of two-stage freezing of biological materials in order to prevent destruction of a cell structure has been substantiated by the optimum control theory for kinetic models of freezing and dehydration processes.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.03 - Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования воздуха. Рассмотрены кинетические модели водообмена при замораживании клеток и сформулированы пути управления концентрационными эффектами на основе глобальных фазовых диаграмм. Фазовое поведение водносолевых систем в диапазоне концентраций, наблюдаемых в живых системах, описано в приближении квазибинарных растворов. Определены принципиальные возможности поиска оптимальных криопротекторов на основе анализа глобального фазового поведения водносолевых растворов под влиянием органических добавок В данной работе биологические объекты отображаются теплопроводящей средой, в которой структурная неоднородность генерируется за счет хаотического роста затравочной локально равновесной структуры. В зависимости от используемого закона роста, траектории движения формируют такие перколяционные сети, хаотический характер которых качественно напоминает реальные структуры биологических объектов в мезотермодинамическом масштабе. Принципиальной особенностью уравнений переноса в таких системах является наличие фрактальной размерности, представляющей информационную меру множества хаотических теплопроводящих путей рассматриваемой структуры. Переход от микроскопического описания к мезоуровню осуществляется на основе гипотезы о том, что коэффициент температуропроводности является функцией расстояния и фрактальной размерности. Предложенная математическая модель распространения криовоздействия в нерегулярной теплопроводящей среде включает три основных фактора, генерацию геометрической структуры биологического объекта (кластера) - микроуровень, определение фрактальной размерности теплопроводящей структуры - мезоуровень; вычисление температурного поля фрактальной среды - макроуровень. Представлена компьютерная реализация рассмотренных выше моделей применительно к различным биологическим объектам, подвергающимся локальным криовоздействиям. Разработан подход к выбору рабочих температур криоинструментов для минимальной деструкции здоровых тканей на основе решения обратной задачи теплопроводности с фазовыми переходами. Дано обоснование преимуществ двухступенчатого замораживания биологических материалов для предотвращения деструкции клеточных структур на основе методов теории оптимального управления для кинетических моделей процессов замораживания - обезвоживания.
Thesis for a candidate of science (engineering) degree by specialty 05.04.03 - Refrigeration and cryogenic engineering, air-conditioning systems. The kinetic models of a water exchange on freezing cells have been studied and the methods of the concentration effect control on the basis of global phase diagrams have been formulated. A phase behaviour of water-salt systems in the range of the concentrations occurring in an alive system is described as quasi-binary solutions. The principal possibilities of a search for the optimum cryoprotectors based on analysis of global phase behaviour of the water-salt solutions acted upon by organic admixtures have been determined. In this research work a biological object is considered as the heat-conducting medium in which a structural heterogeneity is generated due to a chaotic growth of a initial locally equilibrium structure. Transition from a microscopic description to a mesolevel is realized on the basis of the hypothesis that the temperature conductivity coefficient is a function of the distance and fractal dimension. An effective approach to choosing the operation temperature of cryoinstruments for the minimum destruction of tissues has been developed on the basis of solution of a inverse problem of heat conductivity with phase changes. An advantage of two-stage freezing of biological materials in order to prevent destruction of a cell structure has been substantiated by the optimum control theory for kinetic models of freezing and dehydration processes.
Опис
Муссауі Хуссейн Алі.
Моделювання термодинамічних процесів заморожування та обезводнення біологічних об'єктів [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.04.03 "Холодильна та кріогенна техніка, системи кондиціонування" / Муссауі Хуссейн Алі ; наук. кер. В. О. Мазур ; Одес. держ. акад. холоду. – Одеса : ОДАХ, 1999. – 18 с.
Ключові слова
математичне моделювання, кріодія, заморожування, обезводнення, біологічні об’єкти, математическое моделирование, криовоздействие, замораживание, обезвоживание, биологические объекты, mathematical modeling, cryo-impact, freezing, dehydration, biological objects