Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Saboonchi,Ebrahim Shirani,Mohsen DavazdahEmami
احمد صابونچی (استاد راهنما) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور) محسن دوازده امامی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Saeid Hassanpour
سعید حسن پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Porous media heat transfer model of living tissue with dual phase lag
In present study based on porous media approach, heat transfer model of living tissue is developed using volume averaging method. In the first section, the energy equations of porous media are derived considering classic Fourier’s law for heat conduction. After volume averaging of these equations, the appeared integral terms are interpreted and simplified. Next some modification are suggested among which the correction of interfacial heat transfer coefficient between blood and tissue is most (more) important. In the second section, non-Fourier thermal behavior of porous media is investigated. At first, for dual-phase lag heat conduction the temperature and heat flux lag times between tissue and blood are estimated and because of their considerable differences with experiments on similar media a hyperbolic two-step model is developed. Then for magnetic nanoparticle hyperthermia process, the probability of thermal non-equilibrium between tissue and nanoparticles is studied which leads to development of a hyperbolic three-step model. More significant than above two models and for resolving the inconsistency of energy conservation in DPL conduction equation, an unprecedented (innovative) parabolic three-step model is established. To evaluated and assessment of these modifications a tissue-like vascular medium is introduced with some anatomical similarities and dissimilarities to real living tissue and its governing energy equations are derived. With the aim of numerical solution validation, three-equation local thermal non-equilibrium model in 1D and steady-state condition is solved analytically. Results show that the correction of averaging limits as well as the correction of interfacial heat transfer coefficient lead to prediction of lower temperature during interstitial hyperthermia treatment. Furthermore, the assumption of dual-phase-lag for tissue heat conduction involves some errors in energy conservation especially for large heat flux lag time. Although the parabolic three-step model eliminates this imperfection, the oscillation behavior of temperature in this model is questionable and needs more research and development. Key words: Living tissue, Porous media, Volume averaging, Dual-phase-lag, Hyperbolic two-step model, Parabolic three-step model.
در رساله حاضر براساس روش متوسطگیری حجمی در محیط متخلخل، مدل انتقال گرما برای بافتهای زنده توسعه یافته است. در بخش ابتدایی رساله معادلات انرژی حاکم بر محیط متخلخل برمبنای معادله کلاسیک فوریه استخراج شد. پس از تبیین و سادهسازی جملههای انتگرالی ظاهر شده در معادلات متوسط گیری شده، محدوده متوسطگیری و ضریب انتقال گرمای حجمی بین فازهای بافت و خون نقد شده و پس از آن اصلاحات اساسی پیشنهاد شد. مهمترین اصلاح مربوط به تصحیح ضریب انتقال گرمای جابهجایی در یک بافت شریانی با دسته رگهای موازی بود که باید در اختلاف دماهای متوسط ذاتی بافت و خون ضرب می شد. در بخش دوم رساله معادلات انرژی حاکم بر بافت متخلخل با تاخیرفازدوگانه که مبنای آنها رفتارغیرفوریهای محیط رسانا است معرفی و زمان های تاخیر ناشی از تبادل گرما بین بافت و خون تخمین زده شد. با توجه به اختلاف فاحش بین این زمان تاخیر و آزمایشهای مربوطه قبلی، مدل دومرحلهای هذلولوی معرفی شد. علاوه براین برای فرآیندگرمافزونی مغناطیسی زمان تاخیر بین محیط بافت و نانوذرات مرتبهسنجی و براساس آن مدل سهمرحلهای هذلولوی توسعه یافت. مهمتر از این دو مدل، برای رفع نقض بقای انرژی موجود در مدل های مبتنی بر تاخیرفازدوگانه یک مدل سهمرحلهای سهموی پیشنهاد شد که درنوع خود بیسابقه بود. برای ارزیابی تمامی اصلاحات و مدلهای جدید یک محیط شبهبافت دارای برخی شباهتها و مغایرتها با بافت های زنده معرفی و معادلات حاکم برآن استخراج شد. پس از حل عددی معادلات و تایید صحت آن توسط مقایسه با نتایج حل تحلیلی در حالت پایا و یکبعدی، تاثیر اصلاحات به صورت کمی بررسی شد. نتایج نشان داد اصلاح محدوده متوسط گیری و ضریب انتقال گرمای جابهجایی منجر به کاهش دمای بافت هنگام گرمافزونی خواهد شد. علاوه براین فرض هدایتگرمایی با تاخیرفازدوگانه حاوی مقداری خطا در ارضای بقای انرژی است که بهویژه در زمان تاخیر بزرگ شارگرمایی قابل چشم پوشی نیست. اگرچه مدل سهمرحلهای بیضوی به خوبی این نقصان را رفع کرده است اما رفتار نوسانی دمای بافت در زمانهای تاخیر بزرگ موجب سوال و زمینه ساز توسعههای بعدی از این مدل خواهد بود. کلمات کلیدی : بافت زنده، محیط متخلخل، متوسطگیری حجمی، تاخیرفازدوگانه، مدل سهمرحلهای هذلولوی، مدل سه مرحلهای سهموی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی