佐熱姆·拜科日 居來(lái)提·買(mǎi)提肉孜 阿依先古力·熱合曼

摘? ?要：通過(guò)對(duì)沙子進(jìn)行加熱，是否達(dá)到與吐魯番相同或者相近的溫度，來(lái)判斷室內(nèi)沙療溫度能否代替吐魯番實(shí)地沙療溫度。根據(jù)吐魯番的日出日落，從早上八點(diǎn)半開(kāi)始加熱，把燈的高度升到距沙子表面1m的位置，也同時(shí)開(kāi)始記錄溫度。此時(shí)共用17根T型通道，分別代表埋在不同深度沙子和不同高度空氣的溫度感應(yīng)器?？梢悦?0min測(cè)量一次溫度，并自動(dòng)記錄。這樣一直加熱到下午八點(diǎn)半，總共12h。到第二天，把燈的高度調(diào)到0.7m，重復(fù)第一天的過(guò)程。然后，將沙療系統(tǒng)假設(shè)為絕熱的系統(tǒng)，并將沙療室的三維簡(jiǎn)化為沙子和空氣相耦合的三維模型，將實(shí)驗(yàn)研究所得到的溫度作為載荷加到空氣和沙療系統(tǒng)的墻壁，用Ansys軟件對(duì)沙療系統(tǒng)進(jìn)行傳熱模擬計(jì)算。結(jié)果表明，當(dāng)燈源在0.7m時(shí)，沙層的溫度上升的最高，而且整個(gè)溫度的分布均顯得高上一層，此時(shí)沙表的最高溫度77℃，實(shí)際測(cè)量的溫度82℃。而1m時(shí)沙表的最高溫度73℃，實(shí)際測(cè)量的溫度76℃。隨著燈源的位置逐步上升，沙層的溫度逐步降低。從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)溫度的分布與實(shí)際測(cè)量相近，符合實(shí)驗(yàn)前的預(yù)想與假設(shè)，這說(shuō)明室內(nèi)沙療溫度能代替吐魯番實(shí)地沙療溫度。

關(guān)鍵詞：沙療溫度? ansys? 傳熱模擬計(jì)算? 最佳溫度

中圖分類(lèi)號(hào)：Q95-33? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）05（c）-0104-04

隨著人們生活節(jié)奏的日益加快，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中被發(fā)現(xiàn)了各種類(lèi)似的骨科疾病，骨性關(guān)節(jié)炎其中之一。而且此疾病的發(fā)病率隨著年齡的增長(zhǎng)而增加，主要發(fā)生在中老年人群中。雖然此種疾病歷史永久，但卻還沒(méi)找最為有效的治療方法。因此醫(yī)治骨性關(guān)節(jié)炎是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的難題之一。醫(yī)治骨性關(guān)節(jié)炎的方法較多。藥物治療，手術(shù)，針灸，推拿[1-4]等等。雖然這些方法緩解疼痛，還是不能夠滿(mǎn)足患者的需求。最近國(guó)內(nèi)外的研究人員特別重視這個(gè)問(wèn)題，并且開(kāi)始研究了其他治療方法，目前我國(guó)開(kāi)始研究通過(guò)埋沙來(lái)治療關(guān)節(jié)炎的另一種治療方法。

有學(xué)者研究了沙療與沙療過(guò)程中的糖蛋白和血清蛋白量的相關(guān)性[5];有學(xué)者研究了在外科骨成形術(shù)中沙療對(duì)于成骨的效應(yīng)[6];還有學(xué)者研究了患有高血壓的患者接受沙療之后血液動(dòng)力學(xué)的改變情況[7];已有學(xué)者研究了骨性疾病患者接受沙浴療法過(guò)程中的心電圖[8];綜上所述可知，國(guó)外的相關(guān)研究人員從臨床角度出發(fā)研究了沙療對(duì)于生物體醫(yī)學(xué)參數(shù)的影響。國(guó)內(nèi)也有學(xué)者在做這方面的研究。

適當(dāng)?shù)臏囟仍谏朝熯^(guò)程當(dāng)中最重要的，所以室外沙療受到環(huán)境的影響，而且只在7～9月份的室外溫度適合進(jìn)行沙療，這樣短時(shí)間內(nèi)不能達(dá)到理想的治療效果。因此我們?yōu)榱藵M(mǎn)足廣大患者的隨時(shí)都能進(jìn)行沙療的需求，再進(jìn)一步研究改造出了室內(nèi)沙療系統(tǒng)。此室內(nèi)沙療系統(tǒng)用輻射燈來(lái)代替陽(yáng)光，而且隨時(shí)可以控制溫度，這樣不僅能延長(zhǎng)治療時(shí)間，還可以達(dá)到科學(xué)的沙療目的。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)沙療的研究不多，已有的也主要在沙療對(duì)人體醫(yī)學(xué)參數(shù)的影響及沙療治病機(jī)制的探索。沙療的影響因素復(fù)雜，及其是熱、磁、力等多學(xué)科因素綜合作用的，涉及到很多學(xué)科，一些學(xué)者從生物力學(xué)[9-10]角度出發(fā)進(jìn)行了研究，也有學(xué)者對(duì)沙療的熱效應(yīng)[11-12]進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和初步的分析計(jì)算。本研究對(duì)沙療中的傳熱過(guò)程進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，建立了沙療過(guò)程中生物體及沙體中熱量傳遞的局部熱物理模型，對(duì)沙療中生物體及沙體的溫度變化進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬結(jié)果對(duì)沙療的臨床及建立室內(nèi)沙療床具有一定的指導(dǎo)意義。

1? 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象： 本實(shí)驗(yàn)建立室內(nèi)沙療實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，四周的墻壁采用高溫隔熱板，防止熱量的散失;沙療房尺寸為4m×3.2m*2.2m，板材厚度0.06m。沙療房的沙層厚度約為0.4m，保證了埋沙深度。沙療實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)易圖如圖1所示。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備：keithley2700數(shù)據(jù)采集;T型偶絲;計(jì)算機(jī); 熱輻射源（12只300W的浴霸燈）;沙子（取自新疆吐魯番）。

1.2 試驗(yàn)方法及過(guò)程

1.2.1 建立實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

經(jīng)過(guò)實(shí)際的計(jì)算與研究，我們用木材建立一個(gè)4m×3.2m*2.2m的長(zhǎng)方體，并在頂部加上了一個(gè)三棱柱，形成一個(gè)屋體結(jié)構(gòu)。在內(nèi)部采用了比較耐熱的材料，可以進(jìn)一步保證溫度的變化不會(huì)太大。在箱體下部采取了0.2m空層，讓沙體與地面沒(méi)法接觸，排除了地面溫度對(duì)沙子的影響。它由12個(gè)300W的浴霸燈組成，總共三列四行。這個(gè)燈架結(jié)構(gòu)可以盡可能提高加熱效率和縮短加熱時(shí)間。當(dāng)然在沙體中的不同高度，我們相應(yīng)埋入了一些溫度感應(yīng)片，并與溫度掃描儀連接，隨時(shí)可以測(cè)出沙體不同層次的溫度。

1.2.2 加熱實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)根據(jù)吐魯番的日出日落規(guī)律，從早上八點(diǎn)半開(kāi)始加熱。測(cè)試棒上的各個(gè)編號(hào)分別代表埋在不同深度沙子和不同高度空氣的溫度感應(yīng)器?？梢悦?0min測(cè)量一次溫度。這樣一直加熱到下午八點(diǎn)半，總共12h。同理總共做了兩天的數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)并記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

1.2.3 建立三維模型及傳熱模擬計(jì)算

首先，整個(gè)燈架結(jié)構(gòu)當(dāng)做一個(gè)等效平板，在UG軟件中建立沙療系統(tǒng)的簡(jiǎn)化三維模型。然后把建立好的三維模型導(dǎo)入到Ansys軟件，把這個(gè)當(dāng)做一個(gè)穩(wěn)態(tài)的問(wèn)題選擇穩(wěn)態(tài)熱分析[13-14]系統(tǒng)。設(shè)定材料參數(shù)和施加邊界條件以后進(jìn)行傳熱模擬計(jì)算。

2? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 加熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)兩天數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)，我們得到了大量的原始數(shù)據(jù)，先對(duì)其進(jìn)行處理和分析，把一些不重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，縮短數(shù)據(jù)周期，得到一個(gè)更加令人一目了然。這些數(shù)據(jù)是通過(guò)一根測(cè)試棒，它上面綁有很多溫度感應(yīng)片。分別于不同的通道連，測(cè)試棒簡(jiǎn)易如圖2所示。

通過(guò)兩幅室內(nèi)試驗(yàn)系統(tǒng)溫度變化曲線(xiàn)圖的對(duì)比分析可知，117號(hào)通道采集的溫度變化非常大，由各個(gè)通道對(duì)應(yīng)的沙層不同的溫度感應(yīng)片，這117代表了沙表的溫度。所以可以看出最高均可以達(dá)到將近80℃的溫度。當(dāng)光源的高度達(dá)到1m時(shí)，可以明顯可以看出它與0.7m高度的最高溫度有一定的差距。燈源0.7m時(shí)溫度最高，將近82℃，而燈源1m的時(shí)候?qū)⒔?6℃。由2d的溫度對(duì)比圖表可知上午12點(diǎn)之前沙層不同高度的溫差不太明顯，就是說(shuō)此時(shí)的溫度變化不太大。這些充分說(shuō)明光源在不同高度時(shí)加熱沙子達(dá)到最高溫度所需要的時(shí)間是不一樣的，這個(gè)效率是很明顯的。同時(shí)光源在不同高度時(shí)，沙子溫度的升降是不一樣的。很明顯當(dāng)光源越低時(shí)，沙子的溫升越是明顯，沙子加熱的效果越好。

2.2 傳熱模擬計(jì)算結(jié)果

首先要查到一些參數(shù)，空氣、沙子的熱傳導(dǎo)率為0.024、0.00027w/mm.℃。而且經(jīng)測(cè)量可知沙體的厚度有0.4m，燈架的高度首先考慮為0.7m。當(dāng)然把這個(gè)當(dāng)做一個(gè)穩(wěn)態(tài)的問(wèn)題，加載的光源可以快速升溫到100多℃，但是整個(gè)燈架結(jié)構(gòu)當(dāng)做平板，經(jīng)測(cè)量可知，等效平板為80℃。這是可以把這種燈源當(dāng)成一個(gè)恒溫結(jié)構(gòu)，對(duì)沙體進(jìn)行加熱。

將沙療系統(tǒng)假設(shè)為絕熱的系統(tǒng)，并將沙療室的三維簡(jiǎn)化為沙子和空氣相耦合的三維模型（見(jiàn)圖5），將實(shí)驗(yàn)研究所得到的溫度作為載荷加到空氣和沙療系統(tǒng)的墻壁并進(jìn)行傳熱模擬計(jì)算（見(jiàn)圖6）。

圖7是燈源不同高度下的耦合體，沙表及沙層的溫度分布情況，（a）（c）（e）是燈源0.7m時(shí)的溫度分布云圖;（b）（d）（f）是燈源1m時(shí)的溫度分布云圖。從溫度分布云圖可以發(fā)現(xiàn)，兩種不同燈源的傳熱結(jié)果有差別，而且很明顯。

3? 結(jié)語(yǔ)

沙療過(guò)程中有很多的假設(shè)，比如說(shuō)沙療室的保溫情況與完全絕熱的情況是不相符的。而且沙子在加熱過(guò)程中會(huì)有很多的邊界條件，比如說(shuō)燈光照射到沙療室內(nèi)壁后會(huì)有些反光，形成二次加熱，還有室外的溫度對(duì)沙療室的影響也是無(wú)法忽略的，而且在加熱過(guò)程中，燈源的溫度也會(huì)有些變化?？傊@一些條件加起來(lái)會(huì)對(duì)最后的結(jié)果產(chǎn)生無(wú)法忽略的影響，這也就成為了本次研究的誤差所在。

總之，通過(guò)以上結(jié)果分析可知，當(dāng)燈源在0.7m時(shí)，沙層的溫度上升的最高，而且整個(gè)溫度的分布均顯得高上一層，此時(shí)沙表的最高溫度77℃，實(shí)際測(cè)量的溫度82℃。而1m時(shí)沙表的最高溫度73℃，實(shí)際測(cè)量的溫度76℃。隨著燈源的位置逐步上升，沙層的溫度逐步降低，這時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)溫度的分布與實(shí)際測(cè)量相近，符合是實(shí)驗(yàn)前的預(yù)想與假設(shè)。這說(shuō)明室內(nèi)沙療溫度能代替吐魯番實(shí)地沙療溫度。

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