CC BY
6
УДК 613.643.3-07:613.646
В. С. Кощеев, М. А. Разран, Г. Г. Тер-Акопян (Москва)
ОЦЕНКА ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ В ГИПЕРБАРИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Процесс теплообмена организма с окружающей средой в условиях повышенного давления еще во многом неясен. Знание его собенностей необходимо для разработки медико-технических и гигиенических мероприятий по режиму трудовой деятельности человека в воде и его защите от переохлаждения, для проектирования систем поддержания теплового комфорта и создания теплозащитной одежды. Известно, что теплозащитные свойства одежды в большой степени зависят от скорости движения газовой среды. В условиях нормального атмосферного давления влияние этого фактора изучалось многими исследователями (В. С. Кощеев, и др.). Однако практически нет сведений о подвижности среды и роли естественной конвекции в теплообмене человека с окружающей средой в условиях гипербарии.
Основной задачей данной работы являлось определение подвижности и теплообменной способности среды в замкнутом объеме при различном давлении. Для этой цели применен разработанный нами метод прямого измерения теплопотерь в условиях естественной конвекции.
Метод основан на измерении разности температур в «спутном следе» над объектом, выделяющим тепло. Для использования метода была разработана и изготовлена измерительная установка, состоящая из металлического каркаса, несущего легкое экранирующее ограждение, внутри которого устанавливается измерительная сетка, представляющая собой протяженный медный термометр сопротивления и закрепляемая горизонтально в верхней части каркаса. Под сеткой располагается изучаемый объект или калибровочный источник тепла (КИТ).
Вследствие тепловыделения объекта над ним образуется восходящий газовый поток, температура которого зависит от интенсивности тепловыделения. Превышение этой температуры над температурой окружающей среды регистрируется автоматическим электротермометром.
Тепловыделение определяют путем сравнения зарегистрированной разности температур от изучаемого объекта с таковой от калибровочного источника тепла известной мощности. Источник помещают на место объекта и регистрируют его тепловыделение до и после измерения тепловыделения объекта. От степени приближения характеристик калибровочного источника к характеристикам изучаемого объекта зависит точность метода, которая в наших опытах составляла около 5 %.
Подобный способ измерения, но для условий вынужденного движения среды, применен Д. Кэр-
ролом и У. Виссером в 1966 г. и В. С. Кощеевым и М. Я. Романенко в 1975 г. при нормальном атмосферном давлении для физиолого-гигиениче-ской оценки реакций человека на тепловое воздействие, возникающее при определенных условиях. Получить конвективную составляющую теплового баланса другими методами (локальным измерением тепловых потоков с помощью тепломеров по методу С. Я. Заржевского, общими калориметрическими методами) не удается. Эта составляющая при испытании новых и существующих средств индивидуальной защиты имеет серьезное гигиеническое значение, так как определяет необходимые отправные данные для рационального построения конструкции изделия (В. С. Кощеев и М. Я. Романенко, 1973).
Измеряемая разность температур записывалась в виде термограмм на бумажной ленте самопишущего электронного потенциометра. На рис. 1 и 2 приведены типичные термограммы от калибровочного источника тепла и человека. Сопоставление сигналов от человека и КИТ (100 Вт) позволяет оценить конвективную составляющую тепловыделений человека.
В отличие от других методов изучения теплообмена, в частности измерения потоков тепла с отдельных участков тела при помощи биотепломеров, термограммы дают возможность быстро получить более наглядное и достаточно полное представление о характере теплообменных процессов. Из рис. 1 и 2 видно, что ход процесса конвективной теплоотдачи различен для «физического» и «биологического» источников тепла.
На термограмме, которая представляет собой запись температуры во времени и отражает интенсивность тепловыделения исследуемого объекта в окружающую среду путем естественной конвекции, прослеживаются изменения, происходящие в тепловом состоянии объекта. Так, для «физического» объекта (источника тепла, нагреваемого электрическим током постоянной мощности) термограмма (см. рис. 1) имеет вид экспоненты, асимптотически приближающейся к некоему постоянному уровню через 5—6 мин от 4 момента включения источника электрического тока, а после его выключения падает до нуля. Такой ход термограммы связан с тем, что количество тепла, передаваемого путем конвекции в окружающую среду, с момента включения постепенно возрастает по мере прогрева его источника, достигает некоторого установившегося уровня, а затем, после отключения источника пита-
Рис. 3. Термометрическая разность при различном давлении от калибровочного источника тепла мощностью 100 Вт.
По оси абсцисс — давление <н МПа); по оси ординат — разность температур потока и среды (в °С).
0.3
0.2
О,'
Рис. 1. Термограмма КИТ в камере при давлении газовой среды 5 ата (0,5 МПа).
По оси абсцисс — время (в мин); по оси ординат — разность температур потока к среды (в °С); I — включенныП КИТ; II —выключенный КИТ.
ния, постепенно снижается в соответствии с процессом остывания источника тепла.
Термограмма дает наглядное представление о характере конвективного теплообмена объекта с переменной температурой (в процессах нагревания и остывания) и окружающей средой.
Для «биологического» объекта на термограмме (см. рис. 2) удастся проанализировать реакции организма на тепловое взаимодействие с окружающей средой, являющееся результатом термо-регуляторных процессов. Термограмма отражает изменения конвективного теплообмена организма человека, находящегося под воздействием ряда факторов: повышенного давления, изменения позы, смены одежды. Сразу после того, как человек располагается в горизонтальном положении на ложементе, установленном в измерительном устройстве (в течение 1-й минуты), конвективный тепловой поток достигает максимума, а затем несколько снижается, очевидно, в соответствии с изменением температуры поверхности одежды (до 8-й минуты). После снятия одежды тепловой поток вновь возрастает, происходит форсированный выброс накопившегося тепла, а потом поток постепенно уменьшается до момента выхода человека из зоны измерения (16-я минута). На термограмме отмечаются колебания тепловыделения на 2—4-й минуте у одетого человека и на 10—12-й минуте у обнаженного, что соответствует, по-видимому, моментам перехода системы терморегуляции на новый уровень.
Показателем, характеризующим среду и ее способность к теплообмену при естественной кон-
О 0.5 1,0 1,5 2,0 3.0
векции, может служить разность температур, возникающая в среде под действием нагретого с известной мощностью объекта.
Результаты измерения термометрической разности в экспериментах, проведенных с использованием калибровочного источника тепла в газовой среде под повышенным давлением (0,1 — 3 МПа), представлены на рис. 3. Эти данные позволяют перейти к оценке подвижности среды при различном давлении.
По данным опытов и справочным материалам были рассчитаны рабочие объемы газовой среды, вовлеченные в конвективный процесс. Из рис. 4 видно, что объемы, а следовательно, и подвижность среды с повышением давления существенно снижаются. Приведенный график построен, исходя из предположения, что вся выделенная мощность затрачена на нагрев газа, прошедшего через измерительные элементы установки. В действительности же при повышении давления доля тепла, унесенного вертикальным конвективным потоком, уменьшается, поэтому реальная кривая зависимости объемной скорости потока от давления среды пройдет, вероятно, несколько ниже.
Необходимо отметить, что вследствие снижения подвижности и возрастания теплоемкости среды при конвективном обмене применение метода прямого измерения при высоком давлении затруднительно. Лучшие результаты, дающие возможность анализировать теплообменные процессы, могут быть получены этим методом при сравнительно небольшом давлении (до 1 МПа).
Метод термометрической разности использован при проведении серии экспериментов по оценке влияния одежды на конвективный теплообмен человека, находящегося в камере под повышенным давлением — 0,15 и 0,5 МПа (1,5 и 5 ата), температура окружающей воздушной среды была 23 и 26 °С соответственно и поддержи-
гоо
I Рис. 2. Термограмма человека, находящегося в камере при температуре газовой среды 25 °С (298 °К) и давлении 5 ата (0,5 МПа).
По оси абсцисс — время (в мни); по оси ординат — разность температур потока и среды (в "С); / — в одежде; 2 — при снятии одежды; 3 -- в обнаженном виде; 4 — при выходе из зоны измерения.
Рис. 4. Объемная скорость естественного газового потока от источника тепла постоянной мощностью 100 Вт
при различном давлении. По оси абсцисс — давление (в МПа); по оси ординат — скорость потока (в дм'/с).
ЮО
г.О 2£ 3.0
Усредненные показатели конвективных теплопотерь и средневзвешенной температуры кожи
Давление. МПа Конвсктнвныс теплопотери. Вт Доверитель-ныЛ интервал Доверительная вероятность Средневзвешенная температура кожи. °С
I II > и
0,15 0,4—0,5 44 53,4 49 65.6 ±20 ±20 0,8 0,93 33,8 33,4 32,9 32,7
Примечание. I — данные одетого человека; 11 — данные обнаженного человека.
валась на комфортном уровне по субъективным ощущениям. В течение первых 20 мин человек был одет в хлопчатобумажное белье, затем снимал его и еще 20 мин находился в том же положении обнаженным.
Полученные результаты были сгруппированы по величине давления — близкое к нормальному (0,15 МПа) и умеренно повышенное (0,4— 0,5 МПа) — и статистически обработаны (см. таблицу). В таблице приведены также усредненные показатели средневзвешенной температуры поверхности кожи, определенные для тех же условий. Из таблицы следует, что при снятии одежды в условиях давления среды, близкого к нормальному, конвективные теплопотери возрастают незначительно (менее чем на 9%)- Это сопровождается существенным снижением средневзвешенной температуры кожи (почти на 1°С). Эффект снятия одежды заметнее при повышенном давлении — конвективные теплопотери возрастают на 23%, а средневзвешенная температура кожи снижается на 0,7 °С.
Влияние повышения давления до 0,4—0,5 МПа проявляется в общем значительнее, чем эффект раздевания,— для одетого человека конвективные теплопотери возрастают приблизительно на '/5, при этом средневзвешенная температура сни-
жается на 0,4 °С. Влияние повышения давления для обнаженного человека более существенно — конвективные теплопотери увеличиваются на '/з, что сопровождается снижением средневзвешенной температуры кожи лишь на 0,2°С.
Поскольку в среде под повышенным давлением люди находились сравнительно длительное время, можно предположить, что влияние повышения давления как на одетого, так и на обнаженного человека, возможно, связано не только с увеличением теплоемкости среды, но и с явлением общей тепловой адаптации организма.
Выводы. 1. Разработанный авторами метод прямого измерения теплопотерь в условиях естественной конвекции и изготовленная для его реализации измерительная установка позволили оценить подвижность газовой среды и теплооб-менную способность в замкнутом объеме при повышенном давлении.
2. Полученные термограммы отражают особенности теплообмена различных объектов с окружающей средой и дают возможность судить о процессах терморегулирования, обусловленных реакцией тепловыделяющего объекта на разного рода воздействия.
3. Метод может быть применен в физиолого-гигиенической практике при оценке окружающей среды и индивидуального защитного снаряжения при повышенных давлениях окружающей среды (до 1 МПа).
ЛИТЕРАТУРА. Кощеев В. С., Романенко М. Я. — Гиг.
и сан., 1973, № 3, с. 49—53. Кощеев В. С., Романенко М. Я.— Там же, 1975, № 1, с. 62—64.
Поступила 17.02.81
Summary. Results of studies on the heat-exchange and mobility of a gaseous medium obtained using the method of thermography at various pressures are described. The effect of colothing on human heat-exchange at rest and in conditions of natural convection is assessed.
УДК 615.285.7.015.4:612.61/.62
Н. Р. Шепельская ВЛИЯНИЕ ГЕРБИЦИДА ДАКТАЛА НА ГОНАДЫ ЖИВОТНЫХ
ВНИИ гигиены и токсикологии пестицидов, полимерных и пластических масс, Киев
Гербицид дактал — диметиловый эфир 2, 3, 5, 6-тетра-хлортерефталовой кислоты — перспективен в борьбе с ползучими и широколистными сорняками на посевах сои, капусты, лука. В дозах от 2 до 21 г/кг не вызывает гибели мышей и крыс (О. К. Антонюк).
В настоящем сообщении представлены результаты изучения гонадотоксического действия препарата. Эксперимент проведен на самках и самцах беспородных белых крыс. Препарат вводили внутрижелудочно ежедневно в течение 10 нед из расчета 10 и 0,12 мг/кг, что соответствовало
пороговой дозе в хроническом эксперименте по общетоксическому эффекту (Ыглси) и допустимым остаточным количествам в продуктах питания.
У самок изучали эстральный цикл, у самцов — подвижность сперматозоидов (И. И. Соколовская), определяли количество половых клеток с измененной морфологией головки и патологией хвостов.
Изучение морфологического состояния семенников включало определение индекса сперматогенеза, подсчет числа канальцев с 12-й стадией
