جریان گرما و تنظیم حرارت

جریان گرما و تنظیم حرارت

اسلاید 1: جریان گرما و تنظیم حرارتHeat Flow and Thermoregulationحسین منتظری کردیدانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابلبهار 91

اسلاید 2: رئوس مطالب1- مقدمه‌2- واحدهای حرارتی و استفاده آنها در مدلسازي ساده3- نفوذ گرما در بدن4- شبیه‌سازی کامپیوتری یک مدل ساده5- جریان گرما و تنظیم حرارت در نوزادان6- مدلسازی چندگانه در شبیه‌سازی حرارتی

اسلاید 3: 1- مقدمهثابت نگه‌داشتن حرارت داخلی بدن جهت فراهم‌سازی شرایط مطلوب برای متابولیک و فرایندهای لازم درون خون و بافتیک سیستم فیدبک جهت تنظیم حرارت بدن در سطح 37 درجه سانتیگرادمشاهده جریان گرما در بدن از طریق نفوذ در بافت‌ها و با جریان‌خون در وریدها و شریان‌هاتولید انرژی گرمایی در بدن با طرق مختلف: - Obligatory: متابولیسم پایه (فعالیت ماهیچه قلب و سیستم تنفسی)، تلفات با تبخیر هوا در سیستم تنفسی - کنترل غیر ارادی: تولید حرارت در ماهیچه ناشی‌از لرزش در اثر سرما، تلفات با تبخیر عرق - فعالیت ارادی: فعالیت ماهیچه، خوردن مایع داغ یا خنک، تغییر پارامترهای سیستم با پوشیدن یا برداشتن لباس

اسلاید 4: تولید و اتلاف گرما در مدل چندگانه جریان گرما بهمراه اعصاب انتقال سیگنال حرارت از پوست و هسته بدن به سیستم عصبی مرکزی برای پردازش

اسلاید 5: 2- واحدهای حرارتی و استفاده آنها در مدلسازي سادهواحد اصلی در SI برای حرارت و گرما برحسب کیلوکالری (Kcal) واحد شار گرمامتابولیسم‌پایه یا مصرف انرژی بدن یک فرد سالم بزرگسال در استراحت Kcal/hrm2 40برای یک فرد 68 کیلویی با سطح پوست 1/8 مترمربع، متابولیسم پایه اکسیداسیون گلوکز در بدن منبع‌مشترک تولیدگرما (C6H12O6)، ترکیب یک مول گلوکز (180 گرم) در ترکیب با اکسیژن تولید 6 مول آب و 6 مول دی‌اکسیدکربن بهمراه 673 کیلوکالری

اسلاید 6: تولید Kcal/g 3/76 =673/180 برای گلوکز، اکسیداسیون چربی مولد Kcal/g 9 انرژی3- نفوذ گرما در بدنمعادله هدایت گرمای فوریه یا معادله نفوذ بیانگر دینامیک تعادل گرما در جامداتدر مختصات دکارتی با فرض ثابت بودن k

اسلاید 7: بافرض انتقال گرما در یک فضای یک بعدیبرای انتقال شعاعی جریان گرما در استوانه‌های هم مرکز در فضای یک بعدیدر مختصات کرویاستفاده از مختصات استوانه‌ای برای بدن و کروی برای سراستفاده از مختصات دکارتی بجای کروی در سطوح بیرونی بدن جاییکه شعاع باندازه کافی بزرگ می‌باشدبکارگیری روش اجزای محدود یک مدل پیچیده‌تر ولی بسیار بهتر جهت تحقق شکل واقعی مختصات بدن

اسلاید 8: باتوجه بشکل (a)، با روش اجزای محدود و فرض k ثابت و H= 0

اسلاید 9: با تنوع جنسیت لایه‌ها، معادله اجزای محدود پیچیده‌تر، با اختصاص حرارت به لایه‌ها؛ Tc، Tm، Tf، Ts، و حرارت محیط Ta معادله دیفرانسیل برای ماهیچه

اسلاید 10: برای هسته بدن بطور مشابه، با یک عبارت جهت متابولیسم پایه و یک عبارت اتلاف گرما با تبخیر در ریه برای پوست با یک ثابت تبخیر غیرحساس، Esi، بهمراه اتلاف ناشی‌از کنترل تعریق توسط CNS، Esn، تلف تشعشع، RAD، و تلف همرفتی CONمیسر بودن استفاده از این معادلات برای هر قسمتی از بدن، کاهش برخی از معادلات برای بعضی از قسمتهای بدن نظیر سر، بازوها، پاهامعادله حرارت برای خون

اسلاید 11: معادلات اتلاف حرارتی برای پوست باتوجه به کنترل CNS در معادله بالا، A سطح پوست به m2، V سرعت باد برحسب m/s، PA فشار جزیی بخار آب در هوا و PS فشار بخارآب اشباع‌شده در حرارت پوست به mmHg اتلاف تشعشعیدر رابطه بالا، Te دمای محیط، و سرانجام اتلاف همرفتی4- شبیه‌سازی کامپیوتری یک مدل سادهیک مدل ساده برای یک جسم استوانه‌ای با مشخصات بدنه، سر، بازو، و پا در جدول 1 برنامه THERMO برای یک استوانه تک لایه با مشخصات ذکرشده در جدول

اسلاید 12:

اسلاید 13: درنظر گرفتن واکنش لرزش ماهیچه تابعی از حرارت پوست و هسته بصورت غیرخطیاین تابع بیانگر Msh لرزش و Mm متابولیسم ماهیچه نرمالخنک شدن پوست از طریق تبخیر تعریقی با معادله Y بیانگر Esw باتوجه به نتایج شبیه‌سازی با TA متغیر بین 15 تا 35 درجه سانتیگراد، دمای هسته دارای تغییرات کم بین 35/8 تا 36/8 درجه سانتیگراد بدلیل وجود سیستم کنترل فیدبکلایه‌های نزدیکتر به محیط بیرون دارای تغییرات حرارتی بیشتر نسبت به هستهافزوده شدن اثر اتلاف حرارتی جهت خنک‌سازی از طریق تعریق (Esw) در دماهای بالای حرارتی محیط بیرون منجر به کاهش دمای پوستکاهش دمای لایه‌های زیرین با کاهش دمای پوست بیشتر ناشی‌از انتقال حرارتی خوندر دماهای پایین ورودی، افزایش دمای ماهیچه بخاطر افزایش Msh

اسلاید 14:

اسلاید 15:

اسلاید 16: 5- جریان گرما و تنظیم حرارت در نوزاداناهمیت تنظیم حرارتی در نوزادان بنابر دلایل زیر: - طراحی و استفاده از انکیباتور برای نوزادان نارس - مطالعه استفاده از هیپوترمیا (پایین نگهداشتن دمای بدن) در جراحی قلب بازخنک کردن بدن موجب کاهش مصرف اکسیژن و کاهش گردش خوندسترسی مشکل به اطلاعات پارامترهای نوزادان، برخی از این پارامترها در جدول 1-4-7 6- مدلسازی چندگانه در شبیه‌سازی حرارتیامکان واردنمودن اثرات پوشیدن لباس به مدل تنظیم حرارتی با مدلسازی چندگانهاهمیت توجه به تبادل حرارتی در طول بای‌پس قلبی-ریوییک مدل چندگانه صحیح مشتمل‌بر: مدل فشار-جریان سیستم گردش‌خون بهمراه نفوذ حرارتی و سیستم‌های تنظیم

اسلاید 17:

اسلاید 18: مدل فشار-جریان غیرضربانی بدلیل آهسته‌بودن تغییرات حرارت در قیاس با ضربان‌های قلب و خونامکان افزودن مدلهای انتقال جهت مدلسازی انرژی جنبشی دارو به مدل تنظیم حرارتی