Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Разработка экспериментальных методов исследования капиллярного движения жидкости применительно к задачам гемодинамики

Диссертация: Разработка экспериментальных методов исследования капиллярного движения жидкости применительно к задачам гемодинамики
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Разработан статистический критерий оценки степени хаотичности фазовых траекторий пульсовой волны применительно к диагностике атеросклероза с математической обработкой данных сфигмографии, и созданы измерительная установка, сопряженная с компьютером, и программно-вычислительный комплекс обработки экспериментальных результатов. Разработан статистический критерий оценки степени хаотичности фазовых… Читать ещё >

Содержание

  • ВВЕДЕНИЕ
  • ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КАПИЛЛЯРНЫХ ТЕЧЕНИЙ ЖИДКОСТЕЙ
    • 1. Л. Оценка физических свойств жидкостей
      • 1. 2. Анализ и обзор технических решений по измерению поверхностного натяжения жидкостей и краевого угла
      • 1. 3. Обзор устройств по измерению напряжения начального сдвига
      • 1. 4. Устройства для измерения вязкости жидкости.-181.5. Обзор методов и приборов изучения квазипериодических процессов организма
  • ГЛАВА 2. СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ТОНКИХ КАПИЛЛЯРАХ.-222 Л. Капиллярные течения в гемодинамике
    • 2. 2. Уравнение заполнения пустого капилляра
      • 2. 2. 1. Случай горизонтально расположенного капилляра
      • 2. 2. 2. Методика эксперимента
      • 2. 2. 3. Разработка устройства для измерения вязкости
      • 2. 2. 4. Расположение капилляра под углом к горизонту.-412.3. Оценка высоты капиллярного поднятия.-512.4. Неравномерность капиллярного течения
  • ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ДИАГНОСТИКИ АТЕРОСКЛЕРОЗА АРТЕРИЙ. — 66 -3.1. Средства и модели для изучения колебательных процессов в организме
    • 663. 2. Уравнения Матье и Хилла
      • 3. 2. 1. Вывод уравнения Матье
      • 3. 2. 2. Построение дифференциального уравнения Матье по известному дифференциальному уравнению Хилла
      • 3. 2. 3. Проверка предложенного алгоритма
    • 3. 3. Прикладная задача с использованием предложенного алгоритма
    • 3. 4. Критерий оценки состояния сердечно-сосудистой системы по фазовой траектории сигнала

Разработка экспериментальных методов исследования капиллярного движения жидкости применительно к задачам гемодинамики (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность:

Капиллярно-гидродинамические течения жидкостей широко распространены в природе и технике, однако особую значимость капиллярные явления приобретают при исследовании задач гемодинамики живых организмов. Характер кровотока определяет функциональность и жизнеспособность организма, и поэтому исследование капиллярно-гидродинамических течений имеет, помимо многих других областей знаний, важное прикладное значение для медицины.

Несмотря на практическую значимость движения жидкостей в капиллярах, этот процесс недостаточно изучен. Отчасти это связано с тем, что межфазные эффекты весьма чувствительны к примесям и физическому состоянию поверхности, различным неровностям и шероховатостям, что не всегда можно учесть в методике эксперимента. Течение биологических жидкостей имеет ряд существенных особенностей, и, если говорить о гемодинамике, то важен как состав крови, так и диаметр и поверхность кровеносного сосуда. Более того, по упругим стенкам крупных кровеносных сосудов от сердца распространяется пульсовая волна, что является еще одним требующим учета фактором. Недостаточно полно развитые приборно-экспериментальная база и методы исследования подобных процессов позволяют говорить об актуальности предлагаемой работы.

В настоящей работе описывается разработка математических моделей, а на их базе — экспериментальных методик изучения нестационарных течений жидкости в капиллярах. С их помощью исследуется скачкообразный процесс заполнения пустого капилляра, изучаются пульсации давления в пульсовой волне, распространяющейся по стенке кровеносного сосуда. На основе выработанной математической методики обработки данных сфигмографического обследования предлагается способ оценки упруго-эластических свойств артерий и ранней экспресс-диагностики атеросклероза, для чего создана измерительная приставка к компьютеру с программно-вычислительным комплексом обработки экспериментальных результатов.

Приборы и методики исследования, применяемые в настоящей работе, актуальны в различных областях науки, особенно при изучении течений в закрытых и щелевых каналах, при исследовании фильтрации жидкостей в пористых структурах, в медицине, при исследовании состояния сердечнососудистой системы.

Цель работы.

Основной целью работы являлась разработка приборной и методической базы исследования капиллярных течений различных жидкостей в нестационарном режиме. При этом ставились следующие задачи:

1. Создать экспериментальную базу и разработать методику исследования динамики заполнения капилляра, и провести экспериментальные исследования характера капиллярного течения.

2. Разработать математическую модель процесса натекания жидкости в капилляр и проверить ее экспериментально.

3. Применительно к задачам гемодинамики разработать физическую модель квазипериодического процесса распространения пульсовой волны в организме на базе параметрических дифференциальных уравнений Хилла и Матье.

4. Разработать статистический критерий оценки степени хаотичности фазовых траекторий пульсовой волны применительно к диагностике атеросклероза, и на этой базе создать измерительную установку с программно-вычислительным комплексом обработки экспериментальных результатов.

Практическая значимость.

1. Разработана новая методика измерения вязкости жидкости и изготовлена измерительная установка на ее основе.

2. Разработан статистический критерий оценки степени хаотичности фазовых траекторий пульсовой волны применительно к диагностике атеросклероза с математической обработкой данных сфигмографии, и созданы измерительная установка, сопряженная с компьютером, и программно-вычислительный комплекс обработки экспериментальных результатов.

Научная новизна работы.

1. На основе предложенной математической модели получено приближенное уравнение для процесса заполнения жидкостью капилляра, имеющее аналитическое решение, удовлетворительно согласующееся с численным решением точного нелинейного уравнения и экспериментальными данными.

2. С использованием созданной экспериментальной методики обнаружен скачкообразный характер капиллярного движения жидкости, впервые получены количественные результаты и предложено качественное описание этого явления.

3. На основании применения разработанной экспериментальной методики сделан вывод о влиянии адгезионных свойств материала поверхностей растекания на капиллярное движение жидкостей, и предложена поправка для учета этого влияния.

4. Для задач гемодинамики разработана физическая модель квазипериодических процессов организма на базе параметрических дифференциальных уравнений Хилла и Матье.

— 65. Предложен новый способ оценки упруго-эластических свойств артерий и диагностики атеросклероза на основе анализа фазовых траекторий полученного сфигмографического сигнала.

Основные положения, представляемые к защите.

1. Экспериментальная методика для измерения вязкости жидкости, основанная на учете адгезионных свойств поверхности капилляров и коэффициентов поверхностного натяжения эталонной и исследуемой жидкостей.

2. Новая физическая модель процесса натекания жидкости в капилляр, позволяющая адекватно описать динамику капиллярного течения.

3. Экспериментальная методика обнаружения скачкообразного характера движения мениска жидкости в капилляре с количественными результатами описания этого явления.

4. Физическая модель квазипериодической пульсовой волны, распространяющейся в организме, на базе параметрических дифференциальных уравнений Хилла и Матье.

5. Программно-аппаратный комплекс обработки экспериментальных результатов, основанный на предложенном статистическом критерии оценки степени хаотичности фазовых траекторий пульсовой волны применительно к диагностике атеросклероза.

Основные выводы и результаты работы:

Разработана новая методика определения вязкости жидкости, основанная на учете адгезионных свойств поверхности капилляров и коэффициентов поверхностного натяжения эталонной и исследуемой жидкостей, и создана установка для измерения вязкости.

Предложена математическая модель, в рамках которой записано нелинейное уравнение для процесса натекания жидкости в капилляр и получено приближенное уравнение, имеющее аналитическое решение, удовлетворительно согласующееся с численным решением и экспериментальными данными.

Разработана экспериментальная методика и создан экспериментальный стенд, с помощью которого удалось обнаружить скачкообразный характер капиллярного движения жидкости, впервые получены количественные характеристики этого движения и предложено его качественное описание.

Разработана физическая модель квазипериодического процесса распространения пульсовой волны в организме на базе параметрических дифференциальных уравнений Хилла и Матье применительно к задачам гемодинамики.

Разработан статистический критерий оценки степени хаотичности фазовых траекторий пульсовой волны применительно к диагностике атеросклероза с математической обработкой данных сфигмографии, и созданы измерительная установка, сопряженная с компьютером, и программно-вычислительный комплекс обработки экспериментальных результатов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир. 1979. 568 с.
  2. С. Химическая физика поверхности твердого тела. М.: Мир. 1980. 488 с.
  3. Электронные процессы на поверхности и в монокристаллических слоях полупроводников // Труды симпозиума. Под ред. A.B. Ржанова. Новосибирск: Наука. 1967. 240 с.
  4. Физико-химические процессы в полупроводниках и на их поверхности. Воронеж: Изд-во ВГУ. 1981. 200 с.
  5. Ю.Г., Князев A.C. Технология обработки поверхностей в микроэлектронике. Киев: Техника. 1990. 206 с.
  6. В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей. М.: Машиностроение. 1987. 304 с.
  7. Hauksbee F. Physico-mechanical experiments, London, 1709, pp. 139−169.
  8. Maxwell J.C. Capillary action. / The encyclopaedia britannica, 11th edition, cambrige: at the university press, 1910, vol. 5, p. 256
  9. Дж. В. Термодинамические работы. / Пер. с англ. Под ред. В. К. Семенченко. M. JL, Гостехиздат, 1950. — 492 с.
  10. А.И. 100 лет теории капиллярности Гиббса. // В сборнике: Современная теория капиллярности. JL: Химия, 1980.
  11. Ван-дер-Ваальс И.Д., Констам Ф. Курс термостатики. 4.I.II. М.:ОНТИ, 1936.
  12. Bakker С. Kapillaritat und Oberflachenspannung. / Handb. der exper. phys. bd. vi. Leipzig, Wien-harms, 1928.
  13. Э. Современная термодинамика. / Пер. с англ. М.: Госхимиздат, 1941.
  14. А. И. Термодинамика поверхностных явлений. JL, Изд. ЛГУ, 1960.
  15. А. И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. JL, «Химия», Ленингр. отд-ние 1967. 388 с.
  16. П. Физическая химия. Т.2. М.: Мир. 1980. 584 с.
  17. Я.И. Кинетическая теория жидкостей. М. 1983.
  18. Л. Молекулы, сосиски и алмазы // жур. Квант. 2003. № 1.
  19. Г. В. Нанотрибология: экспериментальные факты и теоретические модели // Успехи физических наук. 2000. Т. 170. № 6. С.585−618.
  20. В.Ф., Ануфриев K.M., Крутовский Е. П., Мосин Ю. В., Злоткин Е. А., Емельянов И. В. Кинетика адсорбции и рекомбинации атомов водорода на поверхности твердых тел // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24. № 5. С.23−27.
  21. В.Ф., Васильев Н. Ф., Иващук O.A., Крутовский Е. П., Мосин Ю. В., Злоткин Е. А. Начальный пик на зависимости от времени скорости гетерогенной рекомбинации атомов водорода на поверхности кристаллофосфоров // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24. № 3. С.54−59.
  22. Э.Ф. Зависимость поверхностного натяжения от размера системы и диаметра волокна // Институт химии растворов РАН, 1998.
  23. Я.Е. Капля./ Я.Е. Гегузин- АН СССР. 2-ое доп. изд., М., «Наука», 1977. — 176 е.: ил. (науч. попул. серия)
  24. Э.М., Семагина Н. В., Матвеева В. Г. Влияние поверхностных характеристик участников реакции на скорость селективного каталитического гидрирования// Вестник ТГТУ. № 1 (1). 2002, с. 28−31.
  25. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях./ Под ред. И. З. Фишера. М., Изд. иностр. лит., 1978, 291 с.
  26. В.Н. Коллоидная химия: Учеб. для медико-биолог. спец. вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. Шк., 1989. — 238 е.: ил.
  27. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии / Под ред. Ю. Г. Фролова и A.C. Гродского. М.: Химия, 1986. 216 с.
  28. О.В., Губергриц Н. Б., Череватская Е. Ю., Иванова Е. В. перспективы применения динамической межфазной тензиометрии в клинической гематологии. // Украиский медицинский журнал. № 1 (15), 2000, с. 16−20.
  29. М.В., Халикова А. И. Оптимизация процесса подачи деэмульгатора. // Нефтегазовое дело, 2004, http://www.ogbus.ru
  30. Физические основы измерений: Метод, указ. / Сост. Д. М. Мордасов, М. М. Мордасов. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. ун-та., 2002, 32 с.
  31. А. И., Прохоров В. А. Межфазная тензиометрия.— СПб: Химия.— 1994.— 400 с.
  32. O.A. Влияние pH, добавок карбамида и бромида натрия на гистерезис смачивания в системе водный раствор цетилтриметиламмоний бромида — стекло. // Жур. Вестн. Моск. Ун-та. сер.2. Химия. Т. 40, № 4, 1999, с. 267−269.
  33. .Д. Гистерезис смачивания // Соросовский образовательный журнал, № 7, 1999, с. 98 102.-10 238. Де Жен П. Ж., Смачивание: статика и динамика. // Успехи физических наук, т. 151, вып. 4, 1987-с. 619−681.
  34. .В., Карасев В. В. Изучение граничной вязкости органических веществ по кинетике утоныпения их смачивающих слоев в процессе сдувания. // Доклады АН СССР, т. 101, № 2, 1955, с. 289−292.
  35. В.И., Худяков Г. Н., Петров И. И., Реутт В. Ч. О движении жидкости в резервуаре при перемещении ее струей воздуха // Инж.-физ. журнал, т. 1, № 11, 1958, с. 6 13.
  36. В.В., Дерягин Б. В. Измерения граничной вязкости по кинетике утоныпения смачивающих пленок жидкостей в процессе сдувания // ЖФХ, т. 33, вып. 1, 1959, с. 100- 106.
  37. А.З., Соломко В. П. Исследование физических свойств системы вода ацетон — спирты. // Укр. хим. журнал, т. 24, вып. 6, 1958, с. 594 — 600.
  38. .В., Захаваева H.H., Карасев В. В., Лазарев В. И. Механизм граничной смазки и свойства граничного смазочного слоя // ЖТФ, т. 27, вып. 5, 1957, с. 1076- 1086.
  39. .В., Зорин З. М. Оптическое исследование адсорбции и поверхностной конденсации паров вблизи насыщения. II Доклады АН СССР, т. 98, № 1,1954, с. 93 -96.
  40. У.Б., Булгадаев A.B., Дерягин Б. В. Измерение сдвиговой упругости жидкостей и их граничных слоев резонансным методом. // ЖТФ, Т. 51, Вып. 4(10), 1966.
  41. .В., Чураев Н. В. Новые свойства жидкостей. Сверхплотная вода. М.: Наука, 1971.- 176 с.
  42. H.H. О температурном расширении воды в макрокапиллярах. // Доклады АН СССР, т. 138, № 6,1961, с. 1389- 1391.
  43. .В., Нерпин С. В., Арутюнян М. А. О механокалорическом эффекте при обычных температурах. // Доклады АН СССР, т. 160, № 2, 1965, с. 387−389.
  44. .В. Определение структурной характеристики и удельной поверхности пористого тела по изотерме десорбции // ЖФХ, т. 31, вып. 2, 1957, с. 516 518.
  45. У. Пьезоэлектрические кристаллы и их применение в ультраакустике, ИИЛ, 1952.
  46. Л.И. Собр.соч., 4, Л., АН СССР, 1955, с. 217−218.
  47. С.Э., Лисовский Л. П., Саломонович А. Е. О силах «сухого трения». // Доклады АН СССР, т. 24, № 2,1939, с. 134 138.
  48. О.Ю., Дубинский М. Б., Барштейн Г. Р. Условия перехода к нерегулярному режиму течения расплавов термопластов // Пластические массы, 1991, № 9, с. 40 41.
  49. Ю.И., Лужнова О. В., Крупнова Т. Г., Васильева A.B. Эффект сильного влияния малых воздействий на свойства неравновесной гелевой системы оксигидрата ниобия // Известия Челябинского научного центра. Вып. 3 (16), 2002, с. 98−101
  50. Х.Л., Сагитов Р. Ф., Полищук В. Ю. Моделирование течения материала высокой вязкости для исследования его свойств при больших скоростях сдвига. // Вестник ОГУ, № 4, 2004, с. 142 145.
  51. А.Н. Медицинская и биологическая физика: Учеб. для мед. спец. вузов. 3-е изд. испр. — М.: Высш. школа, 1999. — 616 с.
  52. Э. Вязкость жидкостей / Пер. с англ. М. П. Воларовича, Д. Н. Толстого. М., 1932.-215 с.
  53. Ю.В., Обухов Ю. В., Сударев A.M. Методы, аппаратура и информационные технологии телемедицинской функциональной диагностики. // Фундаментальная наука медицине. Материалы конференции, г. Москва, 2526.11.2002, -М.: Фирма «Слово», 2002. стр. 90−91.
  54. Е.В., Райков А. Н., Сасорова Е. В., Мультипараметрическая оценка изменения кровообращения при стрессе и коррекционных процедурах с помощью тахоосциллографии. // Вестник новых медицинских технологий. 1998, т. V, 1, ч. 3
  55. А.П., Киселев С. В., Медведев А. П., Шелепнев A.B., Маслюк А. П. Геометрический анализ нелинейных хаотических колебаний в оценке вариабельности ритма сердца. Учеб.-метод. пособие для студентов и врачей. Нижний Новгород- 2001.
  56. P.M., Кириллов О. И., Клецкин С. З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. М: Наука- 1984- 221 с.
  57. В.И. Анализ вариабельности сердечного ритма в оценке состояний больных инфарктом миокарда. Нижний Новгород: Изд-во НГМА- 1997.
  58. А.П. Клиническое значение статистического анализа сердечного ритма у больных с острым инфарктом миокарда. Кардиология 1989- 29(1): с. 29—32.
  59. О.Б., Остроумова О. Д., Курильченко И. Т., Мартынов А. И. Клиническая значимость сигналусредненной электрокардиографии // Российские Медицинские Вести № 1, 1997.
  60. И.А., Тептин Г. М. Возможности электрокардиографии высокого разрешения. //Казанский медицинский журнал, 1998, 79, 2.
  61. И.А., Тептин Г. М., Контуров С. В. Сравнительный анализ погрешностей в аналоговой и компьютерной электрокардиографии. // Вестник аритмологии. 1999, № 13, с. 54−58.
  62. A.B. Анализ механизмов возрастных изменений системы барорефлекторной регуляции с помощью математической модели // Пробл. старения и долголетия. 1999, № 2.
  63. В.А. Лукшин, С. И. Мухин, Т. В. Соколова, Н. В. Соснин, А. П. Фаворский, Математическое моделирование церебральной гемодинамики в квазипериодическом режиме // Препринт. Москва, МАКС Пресс, 2003, 20 с.
  64. М.Б. Об одной замкнутой модели сердечно-сосудистой системы: Основные уравнения и результаты вычислительных экспериментов // Проблемы механики, № 5, 1998, 26−30.
  65. Полубаринова-Кочина П. Я. Теория движения грунтовых вод. Изд. 2-е. М.: Наука, 1977.-664 с.
  66. .Д., Горюнов Ю. В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976. 324 с.
  67. .В., Чураев Н. В., Муллер В. М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985.-398 с.
  68. Д.В. Гидравлика, М.: Энергоатомиздат, 1984, 640 с.
  69. В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Издательство академии наук, 1952, 538 с.
  70. С.С. Диагностика свойств жидкости на границах раздела гетерогенных сред: Автореф. дис. к-та ф.-м. наук. Барнаул, 2006. — 20 с.
  71. В.И., Козлов Д. Ю., Кирколуп Е. Р. Исследование затекания жидкости в тонкие капилляры при малых числах Вебера // Журнал технической физики, 2007, т. 77, Вып. 7, с. 24−27.
  72. В. 3. Канчукоев, Б. С. Карамурзов, В. А. Созаев, В. В. Чернов. Определение начальной скорости и продолжительности движения жидкости в капиллярах. ИФЖ, Том 76, Номер 1, 2003.
  73. В.И., Козлов Д. Ю. и Кирколуп Е.Р. Динамика капиллярного натекания // Известия вузов. Физика, № 5, Томск 2007 — с. 52−57.
  74. В.И., Козлов Д. Ю., Кирколуп Е. Р. Исследование динамики движения жидкости по капилляру // Известия АТУ, № 1 (53), Барнаул: изд-во АлтГУ, 2007.-с. 100- 104.
  75. В.И., Лескова С. С., Кирколуп Е. Р. Экспериментальное исследование гистерезиса смачивания с помощью плоского капилляра // Вестник уральской медицинской академической науки, 2006, № 2, с. 48−50.
  76. В.И., Козлов Д. Ю., Оценка капиллярного поднятия. // Известия АГУ, № 1 (53), Барнаул: изд-во АлтГУ, 2007. — с. 105 — 107.
  77. В.И., Кадышева С. С. Экспериментальное исследование напряжения сдвига у некоторых жидкостей. // Вестник Уральской Медицинской Академической Науки, Екатеринбург, 2005, № 1, с. 46 48.
  78. Н., Radigan W., Frish Н. L. // 1975, J. Colloid and Interface Sci. V. 51, P. 522.
  79. Мак-Лахлан Н. В. Теория и приложения функций Матье, М., ИЛ, 1951
  80. А.И., Голованов A.C. Деформации и перекрытия зон неустойчивости уравнения Матье-Хилла, Письма в ЖТФ, 1999, т. 25, вып. 20, с. 13−18.
  81. Л.Д., Лифшиц Е. М. Механика. М.: Наука, 1965, 204 с.
  82. A.A., Витт A.A., Хайкин С. Э., Теория колебаний, изд. 2, М.: Физматгиз, 1959.
  83. Safar H., Mourad J.-J., Safar M., Blacher J. Aortic Pulse Wave Velocity, an Independent Marker of Cardiovascular Risk // Arch Mal Coeur 2002- 95:1215−1218.
  84. В.И., Козлов Д. Ю. Математические модели сфигмографии // Сборник научных работ «Актуальные проблемы фармации», Вып. IV, Барнаул: Изд-во АГМУ, 2007, с. 55−62.
  85. В.И., Куликов В. П., Останин С. А., Колосов Д. А. Пьезоэлектрический метод исследования пульсаций кровяного давления // Сборник научных работ «Актуальные проблемы фармации», Вып. IV, Барнаул: Изд-во АГМУ, 2007, с. 84−90.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!