Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию создания Тюменского индустриального институ

экономически целесообразным для конечного потребителя. Поскольку это непосредственно влияет на успешную вероятность ее внедрения и дальнейшего применения.

Одним из способов построения ИМ – описание модели поведения объекта посредством ее идентификации на основании имеющихся реальных данных. При этом поведение системы есть описание реальной в пределах характеристик основных событий. Данные события связаны (первостепенно) с явлениями перехода системы из одного возможного состояния в другое, поэтому для достижения цели моделирования необходимо наблюдать и производить описание системы в моменты основных событий [2]. Данную информацию можно получить из исторических данных параметров исследуемого объекта.

Критерием эффективной реализации ИМ является оптимальное соотношение качества имитационной модели [1], что трактует ее максимальное приближение к реальному объекту исследования, а также низких временных и материальных показателей, затраченных на ее реализацию. Следовательно, необходимо из большинства свойств реальной системы выделить те, которые в совокупности позволят построить аппроксимированный ее вариант.

Перечень свойств системы можно определить из целей создания ИМ, так как именно они определяют функционал, который закладывается в ИМ и, соответственно, который должен быть реализован. На основании этого, выделяется группа свойств:

где Fink – входные для системы численные свойства, Fl – основные численные свойства системы, Dinm – входные для системы дискретные свойства, Di – основные дискретные свойства системы, Hn – стохастические свойства системы; k, l, m, I, n – количество свойств.

Представляется удобным в системе выделить ряд независимых подсистем, с выделением взаимосвязей внутри каждой, и в последующем определение взаимосвязей между подсистемами [1]. Однако при разбиении на подсистемы необходимо учитывать, что взаимосвязи между подсистемами должны быть таковыми, чтобы результат можно было проверить на основании статистического анализа или других эмпирических методов.

{Fink; Fl; Dinm; Di; Hn},

ПОДСИСТЕМА N {FinkN; FlN; DinmN; DiN; HnN},

261

Рис. 1. Разделение системы на подсистемы

Применение исторических данных для всех необходимых типов событий, позволяет в явном виде определять взаимосвязи свойств подсистем (посредством применения методов идентификации объекта исследования), таким образом, обеспечивается должное качество ИМ системы.

Литература

1.Строгалев В.П., Толкачева И.О. Имитационное моделирование. Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 280 с.

2.Волков И.К., Загоруйко Е.А. Исследование операций М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – С.379

ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

Ямалеев Р.А., г. Тюмень, ФГБОУ «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

e-mail: rystam05@mail.ru

Эффективная работа системы автоматического регулирования давления (САРД) относится к области решения задачи из теории автоматического регулирования, и заключается в оптимальном подборе типа и параметров (коэффициентов) системы автоматического регулирования.

Применение имитационного стенда позволит решать задачи по подбору оптимальных настроек режимов работы технологического объекта без необходимости задействования реального оборудования. Объектом управления выступает регулирующее устройство.

Наибольшее распространение в системах магистральных нефтепроводов (МН) получили регулирующие устройства (РУ), представляющие собой литой диск обтекаемой формы проходного типа.

Для определения математической модели запорного устройства решены следующие задачи: определение ξм.с. – местного сопротивления запорного устройства; определение зависимости Р=f(G), где Р – перепад давления на регулирующем устройстве; G – текущее положение запорного регулирующего устройства.

Основные типы регулирующих устройств, применяемых в промышленности описаны в [1]. Согласно [1] применяемые в системах МН регу-

262

лирующие устройства можно отнести по типу к дисковым затворам. Сопротивление каждого типа РУ зависит от положения закрывающе-

го органа. Для обозначенных РУ области активного регулирования лежат в диапазоне 10…75% открытого состояния. Коэффициент сопротивления дискового затвора в трубе круглого сечения согласно [1] может быть вычислен для всего диапазона чисел Рейнольдса по формуле:

где ξкв – коэффициент сопротивления в квадратичной области, Re –число Рейнольдса, δ – угол открытия дискового затвора; DД DД D0 ; – диаметр диска, м.

Рис. 1. Зависимость ξ = f(Re) для дискового затвора

где V – скорость потока, м/с; n – кинематическая вязкость среды, м2/с; при Re≤50 величина (1 – 50/Re) принимается равной нулю [1].

Применительно к объектам МН – нефтеперекачивающим станциям (НПС), на основании исторических данных, полученных от системы автоматики, были составлены таблицы состояний зависимости перепада давления от положения заслонки (Dу 700мм) при движении регулирующего устройства на открытие и при движении на закрытие. Охватывая комплекс данных, полученных из нескольких ретроспектив при движении РУ на открытие, а также комплекс данных при движении РУ на закрытие, минимизируется погрешность измерительного канала, что позволяет сделать более качественную выборку значений зависимости. На основании вышеизложенного получена зависимость, отображенная на рисунке 2.

263

Рис. 2. График зависимости перепада давления (ΔР) от положения заслонки

(G)

Таким образом, применение модели РУ позволяет достичь следующих целей:

сведение к минимуму возможных ошибок в расчетных параметрах

РУ;

определение и оптимизация параметров регулирования в различных режимах работы имитируемого объекта.

Литература

1.Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Под ред. М. О. Штейнберга.— 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992.— 672 с.

2.Строгалев В.П., Толкачева И.О. Имитационное моделирование. Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 280 с.

3.Волков И.К., Загоруйко Е.А. Исследование операций М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – С.379

264

4.МЕДИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕХНОГЕННОГО ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ

ВЛИЯНИЕ СВЕТА ПЕРЕМЕННОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ И ЗВУКОВ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ НА ДЕФОРМАБИЛЬНОСТЬ ЭРИТРОЦИТОВ БЕСПОРОДНЫХ БЕЛЫХ КРЫС

Аврамкова Т.И., Белкин А.В., Белкина Н.А., Богданова А.Б., Евпак А.С., Кравченко С.В., Морозова Д.В., Постовик А.И., Сапожникова А.Д., Чехова О.В.

г. Тюмень, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный университет» e-mail: alexbel2@mail.ru

Процессы газообмена между кровью и тканями происходят в микроциркуляторном русле во время прохождения эритроцитов через обменные сосуды. Средний диаметр эритроцитов (7,55 мкм) вдвое превышает диаметр самых мелких капилляров (3 мкм), поэтому при прохождении через кровеносные капилляры происходит деформация эритроцитов, при которой меняются линейные размеры и форма клеток. Для оптимального обеспечения газотранспортной функции, эритроциты млекопитающих приобрели в процессе эволюции ряд характерных морфологических особенностей. Отсутствие ядра, рибосом, митохондрий, позволяет заполнить весь внутриклеточный объем гемоглобином и максимально увеличить количество молекул кислорода, транспортируемых одним эритроцитом. Таким образом, способность эритроцитов к деформации является непременным условием, при прохождении через микроциркуляторное русло, а это во многом определяет выполнение кровью одной из ее функций – газотранспортной.

Деформация эритроцитов осуществляется за счет силы напряжения сдвига со стороны смещающихся слоев плазмы крови. После прекращения воздействия деформирующей силы, эритроциты восстанавливают прежние размеры и форму. Таким образом, им присущи свойства твердого упругого тела. Способность эритроцитов к деформации получило название деформабильность [1].

Показатель изменения деформабильности эритроцитов является одной из наиболее лабильных характеристик крови, который чувствительно реагирует на изменение практически любого метаболического процесса в эритроцитах и в целом всего организма. Способность эритроцитов к деформации определяется внутренней вязкостью, вязкоэластическими свойствами мембраны и отношением объема клетки к ее площади. Упругие свойства мембраны определяют ее сопротивление к деформации, а вязкостные качества характеризуют резистентность скорости деформации.

265

Система крови и иммунного надзора характеризуется высокой чувствительностью к разнородным стрессорным воздействиям [2]. Стереотипная иммуногематологическая реакция на экстремальные раздражители, развивается достаточно быстро и может быть зарегистрирована по сдвигам лейкоцитарного состава периферической крови [3]. Поэтому, в качестве надежного гематологического критерия стресса у крыс мы взяли лейкоцитарную формулу.

Для моделирования стрессов, вызванных техногенными факторами, мы использовали мигающий свет и звук низкой частоты. Опыт проводился на беспородных белых крысах-самцах, массой 180-200 гр. Животные содержались в условиях вивария на полноценной диете (овѐс, овощи, минеральные добавки). В эксперименте со светом исследуемых животных помещали в темный деревянный ящик, плотно закрывали крышкой и через специальное отверстие в крышке с помощью стробоскопа подавали свет переменной интенсивности. Для изучения воздействия звукового стресса исследуемых животных помещали в звукоизолированный бокс, в который с помощью звукового генератора подавался звук частотой 16 Гц. Продолжительность опыта равнялась тридцати минутам.

В опытах с воздействием звука и света нами зарегистрировано увеличение количества лейкоцитов по сравнению с контрольными показателями. Увеличение числа лейкоцитов при стрессах различного генеза возникает в результате выброса зрелых гранулоцитов из различных депо, главным образом из костного мозга. Нельзя исключить возникновения лейкоцитоза за счет мобилизации клеток из пристеночного пула в циркуляторный. У опытных крыс, наблюдалось достоверное увеличение сегментоядерных и палочкоядерных нейтрофилов. Сегментоядерные нейтрофилы, являются одним из факторов неспецифической резистентности, так как обеспечивают фагоцитоз в тканях и на поверхности слизистых [4]. Изменение лейкоцитарного состава крови при экстремальных воздействиях связаны с увеличением уровня циркулирующих глюкокортикоидов, катехоламинов, некоторых цитокинов [2, 5]. Эти факторы могут обуславливать демаргинацию нейтрофилов в сосудистом русле и их мобилизацию из костного мозга в кровоток. Последний механизм считается более значимым в развитии нейтрофилеза, так как способствуют пополнению циркулирующего и пристеночного пула нейтрофильных гранулоцитов [6]. Что касается лимфоцитов, клеток, ответственных за специфический иммунитет, то нами было отмечено достоверное уменьшение количества лимфоцитов в опыте в отличие от контроля. Возможно, лимфоцитопения развивалась в результате возросшего выхода клеток из кровотока [7]. Известно, что стрессреакция сопровождается развитием эозинопении [6]. Главная причина уменьшения числа эозинофилов заключалась в том, что происходит перераспределение их в ткани, хотя не исключено и торможение выхода эозинофилов из костного мозга в кровь. У стрессированных животных, про-

266

слеживалось незначительное увеличение числа моноцитов по сравнению с контрольной группой. Моноциты способны трансформироваться в различные виды макрофагов, поэтому их роль в адаптационных реакциях велика. Одной из важных причин увеличения моноцитов является снижение экспрессии интегринов на моноцитах, что препятствует адгезии этих клеток к сосудистому руслу [8].

Оценку способности эритроцитов к упругой деформации проводили с использованием метода лазерной дифрактометрии на устройстве, созданном на кафедре анатомии и физиологии человека и животных ТюмГУ (патент РФ №2236009). В основе прибора заложен принцип дифракции лучей гелий-неонового лазера на эритроцитах, выступающих в качестве взвешенных в вязкой среде рассеивателей. Усилие сдвига, приложенного к эритроцитам создается за счет вращения одной прозрачной пластины относительно другой, жѐстко закрепленной. Движение пластины и, соответственно слоѐв суспензии эритоцитов осуществляется при помощи двигателя. Скорость вращения регулируется специальным дискретным переключателем и варьирует от 0 до 28 об/мин. В качестве прозрачных пластин используют две пластиковые чашки Петри. Радиус вращающегося сектора, через который проходит луч лазера составляет 30 мм. Ширина зазора между пластинами равна 0,3 мм. В качестве когерентного источника света используется лазерный модуль ( = 632,8 нм). Изображение дифракционной картины проецируется на полупроницаемый экран из матового стекла, и регистрируется цифровой видеокамерой. Видеосигнал, захваченный видеокамерой передаѐтся на персональный компьютер при помощи специального аппаратного обеспечения. Действительное изображение дифракционной картины выводится на монитор компьютера, программно анализируется и может быть введено в память машины вместе с интересующими нас параметрами, такими как значения радиусов и индекс деформабильности, как величина, определяемая отношением радиусов эллипса. Для суспензирования эритроцитов при проведении эктацитометрических исследований использовали 20% раствор Fiсoll-400 в фосфатном буфере (0,30 М

NaCl, 0,020 M Na2HPO4, 0,005 M KH2PO4, pH = 7,4). Проба крови, взятая в гепаринизированный капилляр из надреза кончика хвоста крысы, помещалась в изотонический, 20% раствор Fiсoll-400, в пропорции 100 мкл цельной крови на 3 мл раствора. В результате разбавления, концентрация эритроцитов составила 15×107 клеток/мл. Далее эта суспензия помещалась при помощи катеттера в зазор между вращающейся и неподвижной пластинами (t=37 С) эктацитометра. Изменяя скорость вращения нижней пластины, мы на основании закона вязкого трения Ньютона, моделировали различные деформирующие условия, возникающие в зазоре между пластинами. Эритроциты под действием деформирующего воздействия вытягиваются, о чем можно судить, анализируя дифракционную картину, полученную при прохождении луча лазера через суспензию эритроцитов, взвешенных в

267

вязкой среде. Дифракционная картина отражает форму взвешенных в вязкой среде рассеивателей, а форма зависит от степени напряжения деформирующего воздействия. Способность эритроцитов противостоять такому воздействию, те есть реологические свойства клеток, заложены в особенностях структурной организации мембраны. Поэтому неадекватность проявлений реологических свойств клеток нужно искать в структуре мембраны эритроцитов.

Как показали результаты нашего исследования, в ответ на звуковое и световое раздражение, деформабильность эритроцитов достоверно снижалась (р<0,05), по сравнению с контрольными показателями. Острый стресс, вызывает в организме стресс-реакцию, имеющую два пути. Либо через гипоталамус – гипофиз – кору надпочечников, в результате в кровь выбрасывается значительное количество глюкокортикоидов. Либо через возбуждение симпатической нервной системы, которая проявляется через выделение мозговым слоем надпочечников катехоламинов – адреналина. В результате чего концентрация катехоламинов и глюкокортикоидов повышается в периферической крови [9]. Также, вероятней всего, это связано с тем, что старые эритроциты в сравнении с молодыми обладают сниженной деформабильностью, что обусловлено ухудшением эластичности мембран в результате роста внутриклеточного содержания гемоглобина и снижением концентрации АТФ, а также снижением величины отношения площади поверхности эритроцита к его объему.

Работа выполнена с привлечением средств, полученных по госзаданию №6-12

Литература

1.Kuypers F.A., Scott M.D., e.a. Use of ektacytometry to determine red cell susceptibility oxidative stress. // J. Lab. Clin. Med. 1990. Vol. 116, P. 535-545.

2.Горизонтов П.Д. Стресс и система крови. М.: Медицина, 1983. 240 с

3.Гольдберг Е.Д., Дыгай М.А., Шахов В.П. Методы культуры ткани в гематологии. Томск.: Издательство Томского Университета, 1992. 264 с.

4.Ройт Р. Основы иммунологии. М.: Мир, 1991. С. 21-28.

5.Baum M., Liesen H. Sports and the immune system. // Orthopade. 1997. Vol. 26, P. 976-980.

6.Волчегорский И.А., Долгушин И.И., Колесников О.Л., Цейликман В.Э. Экспериментальное моделирование и лабораторная оценка адаптивных реакций организма. Челябинск.: Издательство Чел. Гос. Пед. Университета, 2000. С. 106-108.

7.Васильев Н.В. О некоторых иммунологических аспектах адаптационного процесса. // Бюллетень СоАМН СССР. 1986. С. 21-28.

268

8.Jordan J., Beneke R., e.a. Moderate exercise leads to decreased expression of betal and beta integrins on leucocytes. // Eur. J. Appl. Phisiol.1997. Vol. 76, P. 192-194.

9.Панин Л.Е. Биохимические механизмы стресса. Новосибирск.:

Наука, 1983. С. 22-69.

РАЗРАБОТКА ОПТО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СВЕТОВЫМ ПОТОКОМ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ В ГИНЕКОЛОГИИ

Баранов В.Н.

г. Тюмень, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

e-mail: baranov@tsogu.ru

Воспалительные и дегенеративно-дистрофические гинекологические заболевания занимают одно из первых по частоте мест среди женских болезней. Спаечно-инфильтративные и спаечно-рубцовые процессы часто чередуются друг с другом во времени и приводят к затяжному рецидивирующему течению основного заболевания. Проведенные исследования показали, что прогрессирование болезни связано во многом со стойкими расстройствами кровообращения в органе, пораженном патологическим процессом [1]. В последнее время низкоинтенсивные лазеры, как наиболее эффективные физиотерапевтические факторы, с успехом применяются в гинекологии [2,3,4,5], однако до сих пор еще не разработаны методы лазерной терапии, непосредственно направленные на купирование гемоциркуляторных расстройств в зоне воздействия.

Целью настоящей работы является разработка опто-электронных систем управления световым потоком для лазерной терапии в гинекологии учитывающие характер патологического процесса и ритмы кровотока в очаге патологии.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи. 1.Создать специальное устройство для управления лазерным пото-

ком, регулирующего приток и отток крови.

2.Сконструировать опто-электронную систему управления световым потоком для лазерной терапии.

Существует способ лечения воспалительных процессов в половых органах женщин с учетом фаз воспаления [6], который и принят за прототип. Авторы предлагают в фазе воспалительной инфильтрации тканей промежности в послеродовом периоде, облучать патологический очаг лучом гелий-неонового лазера, идущем из дистального торца световода, находящегося в пробирке с плоским ровным дном при плотности падаю-

269

щей мощности 25-30 мВт/кв.см. Движения совершают в направлении от центра к периферии очага. Для этого производят ручные перемещения периферийного торца световода по поверхности очага по спирали с экспозицией 3 мин. В дегенеративно-воспалительной фазе воздействие производят так же по спирали, но уже в направлении от периферии к центру очага при той же плотности падающей мощности излучения и экспозиции. Недостатками данного способа лечения воспалительных процессов являются неудобность в эксплуатации из-за ручного перемещения световода, ведущая к повышенному риску облучения медперсонала, трудности в применении данного способа для лечения внутренних органов вследствие громоздкости излучающей части устройства, отсутствие учета ритмов кровотока в воспалительном очаге.

Для устранения недостатков прототипа разработано новое устройство для управления лазерным потоком. Устройство состоит из двух световодов: один внешний, идущий от источника лазерного излучения, другой внутренний, находящийся внутри устройства. Внутренний световод перемещается в просвете направляющей трубки вдоль продольной оси посредством толкателя от диска, вращаемого электромотором от постоянного электрического тока напряжением 9-12 вольт. Проксимальный торец внутреннего световода фиксируется в корпусе самого устройства на оптической оси с дистальным торцом внешнего световода, также зафиксированного на корпусе устройства. Для фокусировки луча, падающего из дистального торца внешнего световода на проксимальный торец внутреннего световода, применена оптическая система, состоящая из двух двояковыпуклых линз и регулировочных винтов. Между световодами на вращающийся диск устанавливается еще диафрагма в виде полукруга, предназначенная для прерывания лазерного луча в определенные полупериоды движения световода. На рис. 1 приведена схема устройства для лазерной терапии. Как видно из схемы, устройство состоит из: корпуса - 1; направляющей трубки - 2; внутреннего световода - 3 с градациями от 0 до 10 для различной фиксации проксимального конца толкателя - 4; узла фиксации проксимального конца внутреннего световода - 5; узла фиксации дистального конца внешнего световода - 6; диафрагмы - 7; оптической системы - 8; диска - 9 с отверстиями для различной фиксации проксимального конца толкателя - 10 и отверстиями для фиксации диафрагмы на диаметрально противоположную сторону - 11; толкателя - 12; электродвигателя - 13; реостата - 14; тахометра - 15; выключателя - 16; ремня - 17; ручки - 18; провода - 19, идущему к источнику питания 9-12 вольт; сменной насадки из оптически прозрачного материала - 20.

270