جریان گرما و تنظیم حرارت

صفحه 1:
Ae جربان گرما و تنظیم حرارت ‎Heat Flow and Thermoregulation‏ حسین منتظری کردی دانشکده مهندسی برق و کامپیو دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل بهار ‎٩۱‏ > بدلسازی سیستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ‎٩۰-٩۱‏ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر انشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی te 

صفحه 2:
رئوس مطالب ۱- مقدمه ۲- واحدهای حرارتی و استفاده آنها در مدلسازی ساده ۳- نفوذ كرما در بدن ۴- شبیه‌سازی کامپیوتری یک مدل ساده ۵- جریان گرما و تنظیم حرارت در نوزادان ۶- مدلسازی چندگانه در شبیه‌سازی حرارتی te بدلسازی سیستم‌های پیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ۹۰-۹۱ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر انشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی 

صفحه 3:
‎-١‏ مقدمه نكهداشتن حرارت داخلى بدن جهت فراهمسازى شرايط مطلوب برای متابولیک و فرايندهاى لازم درون خون و بافت ۷ یک سیستم فیدبک جهت تنظیم حرارت بدن در سطح ۳۷ درجه سانتیگراد مشاهده جریان گرما در بدن از طریق نفوذ در بافت‌ها و با جریان‌خون در وریدها و شریان‌ها ” توليد انرزى كرمايى در بدن با طرق مختلف: - 011162601597: متابوليسم يايه (فعاليت ماهيجه قلب و سيستم تنفسى». تلفات با تبخير هوا در سيستم تنفسى - كنترل غير ارادى: توليد حرارت در ماهيجه ناشىاز لرزش در اثر سرماء تلفات با تبخير عرق - فعالیت ارادی: فعالیت ماهیچه. خوردن مایع داغ یا خنک. تغيير يارامترهاى سيستم با ‎ ‏پوشیدن یا برداشتن لباس ‏ل ‏— ‏بدلسازی سیستم‌های پیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ‎٩۰-۹۱‏ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر ۳ :انشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی ‎ 

صفحه 4:
۷ توليد و اتلاف كرما در مدل چندگلنه جریان گرما بهمراه اعصاب انتقال سیگتال حرارت از پوست و هسته بدن به سیستم عصبی مرکزی برای پردازش it + Heart Control] ۳9 =t ۱ Control ‏وهی‎ — == = TAY ۱ ‏ست‎ | Sddamator ۱۱۱ I r+ FControl | +h 4 | ١ ‏رال‎ 6 | x s | 3 ‘Loss: i | Ma ate. Core Fat. 6 0 Fs ۱ 5 Muscle 0 MCDEL of BLOOD HEAT DIFFUSION, MODEL of CNS PRESSURE - FLOW GENERATION & LOSS PROCESSING Figure 7.0.1, Multiple model of the generation and loss of heat in the body, and its diffusion and transport by blood flow; also included is the CNS proc- essor that acts as the plant controller in the thermoregulatory control loop. بدلسازی سیستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ۹۰-۹۱ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر انشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی 

صفحه 5:
۲- واحدهای حرارتی و استفاده آنها در مدلسازی ساده ۲ واحد اصلی در 51 برای حرارت و گرما برحسب کیلوکالری 16621 ‎L keal = 4184 J (oules)‏ ” واحد شار كرما 1 keal/hr = 4184/3600 = 1.162 W (watt, or joule/s) ” متابوليسم بايه يا مصرف انرؤى بدن يك فرد سالم بزرگسال در استراحت 40 1621/7107 ۷ برای یک فرد ۶۸ کیلویی با سطح پوست ۱/۸ مترمربع. متابولیسم پایه H, = 40 * 1.8 = 72 keal/hr ‏اكسيداسيون كلوكز در بدن منبعمشترك توليدكرما (,11720ن0). تركيب يك مول كلوكز‎ ” ۶۷۳ ‏گرم) در ترکیب با اکسیژن تولید ۶ مول لب و ۶ مول دی‌اکسیدکرین بهمراه‎ ۱۸۰( کیلوکالری ] ‏و60 6 + 0یا؟ 6 م0 6 + یرتم0‎ + 673 kcal 2 — سیب بدلسازی سیستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ‎٩۰-۹۱‏ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر و انشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی 

صفحه 6:
۲ تولید 673/180 - 3/76 1621/0 برای گلوکز, اکسیداسیون چربی مولد 9 1001/0 انرژی ۳- نفوذ گرما در بدن معادله هدایت گرمای فوریه یا معادله نفوذ بيانگر دینامیک تعادل گرما در جلمدات 4 (7.2.1) where p = density (g/cm?) specific heat (kcal/(?K+kg)] k = heat conductance [kcal/(hr«em*°K)] T = temperature (°K) t = time (hr) H = net inflow rate of heat other than by diffusion (kcal/(hr«cm)] ۲ ‏در مختصات دکارتی با فرض ثابت بودن‎ ”“ pxcx(AT/at) = kx(o2/ax? + Gay? + 22622۵17 + 7 9 —— بدلسازی سیستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی 10-41 دانشكده مهندسى برق و كامبيوتر انش انی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی 

صفحه 7:
۲ بافرض انتقال گرما در یک فضای یک بعدی 4 ۲ برای انتقال شعاعی جریان گرما در استوانه‌های هم مرکز در فضای یک بعدی ‎pace(aT/at) = ke(a?T/ar2 + 10۳۳۵۸8 + H‏ ۲ در مختصات کروی ‎peex(aT/at) = Ax(?T/ar? + (2/rkaT /ar) + H‏ ۲ استفاده از مختصات اسئوانه‌ای برای بدن و کروی برای سر ‎Y‏ استفاده از مختصات دکارتی بجای کروی در سطوح بیرونی بدن جاییکه شعاع باندازه کافی كراشن ” بكاركيرى روش اجزاى محدود يك مدل پیچیده‌تر ولی بسیار بهتر جهت تحقق شكل واقعى مختصات بدن ال حد بدلسازی سيستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی 50-41 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر ‏ ۳ انی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی 

صفحه 8:
"۲ باتوجه بشکل (۸» با روش اجزای محدود و فرض ‎k‏ ابت و 0 ۳1 ۳ ee #2 where ki(pre) = @ 27 ee li . (2 08 ) “Bx ‏ده +ن|ع۱۵‎ | - 5 ‏سكجة - تجبعة) .ع‎ ax a he + ‏ر یر‎ ~ Tide)? 0 ل )@ Figure 7.2.1. (a) Finite layers in a semi-infinite sab of uniform material (b) Finite concentric Layers in a eylinder used to simulate the human trunk (c) Slab representation corresponding to the radicl distance in (b). ‏بدلسازی سیستم‌های پیوا‎ دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی 

صفحه 9:
"با تنوع جنسيت لايدهاء معادله اجزاى محدود ييجيدهتر» .با اختصاص حرارت به لايدهاء ‏ ,1" 1+1 و حزارت محیط ,7 7 معادله دیة ۱:۱ .ام امسر ‎PmXC,,*0T,,,/4¢ = d/dx(k dT /0x)|,, + Hi‏ ‎{R87 /82) ap ~ (ROT Erle} Atm t+ Hm‏ = 0 ‎Hy‏ # شتا یط رکشل - 6 ‏م۷‎ (total heat capacitance of the muscle layer) M,, + Man + ‏یگ‎ ‎metabolism) F “(1 — T,,) = f*Vn* Ty ~ T,,) (total heat from blood) Kap = Bmp Vinll Atm d%m) (total thermal conductance, m ~ f) Vial + my, + m,,) — (total muscle Kem = Bem*tVy/(Mten*4%,) (total thermal conductance, ¢ — m) oe (7.2.7) may now be written as C,adT, ‏سره‎ | ~ Te) AM EM + Foe (P,P) (1.2.8) ‏دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر‎ ٩-۲ lanes ‏بدلسازی سیستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال‎ ‏دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس, حسین منتظر ی کردی‎ if 

صفحه 10:
برای هسته بدن بطور مشابه. با یک عبارت جهت متابولیسم پایه و یک عبارت اتلاف گرما با تبخیر در ريه . 60 ‏قاط + ی مر )یک وه‎ - 34 - Ey ‏و تلف‎ RAD + For the fat layer 5 ‏زلا + و7 رسيا - م7 با کف م0۵‎ 7 ‏ف‎ me m ff fh 5 1 + ‏م2 )عرص‎ ‏فیس بودن امتاة از آین ممالاتبرای هر قبنمتی از بدن ا ا پا‎ برای يوست جا بي همرفتى 6011 معادله حرارت براى خون ع حول + 70 - )ع1 - 1 ‎dt = K,x(T,-‏ ] ‎F,* (2, 2 1‏ + 6021 - لفط سبط - Cy * dT ,fdt = DF, «(T,-T,) 0 ite بدلسازی سیستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ۹۰-۹۱ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس, حسین منتظر ی کردی 

صفحه 11:
معادلاتاتلاف حزارتی بای يوست باتوجه به كنترل 2098© در معادله با سطلح يوست به 2000.1 ‎Bly yee Bid VOOR BY ce‏ فسار بخاراب اشباعشده در حرا * اتلاف تشعفعى در وابطه ‎T, ab‏ دملى محيط: و سراتجام اثلاف همرفتي ۴- شبیه‌سازی کامپیوتری یک مدل ساده ای با مشخصات بر( برد ددا عوقو < طشظ ونه تک لیه با مشخصات ذگرشده در جدول ۴ يك مدل ساده براى يك جسم ار ‎Sly THERMO at, %‏ CON = 6.23+(P4/760)°%+V%Se(T, — T.,) بدلسازی سیستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ۹۰-۹۱ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر :انشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی ite 

صفحه 12:
TABLE 73.1 ۰ 4 7 3 Ky 0 7 9 Heat Conduct Basal Basal Basal Area, Mass, Capacity, ance, Metabolism, Evaporating, Blood Flow, Segment: am? kg ‏“لمعا‎ ۲۵۵ keal/hr kcal/hr hr ‘Trunk Core ‏مه‎ 0 0 iar 45.38 9.00 210.00 Muscle 0.0 17.90 16.15 475 5.00 0.0 6.00 Fat 0.0 7.07 4.25 19.80 2.13 0.0 256 Skin 0.6804 1.35 121 453 0.40 3.25 2.10 Head Core 0.0 3.01 222 138 1284 0.0 45.00 Muscle 00 ۵97 ‏دده‎ oat 010 0.0 012 Fat 00 ‏و۵‎ one ue our 00 013 Skin 0.1326 0.27 0.24 088 0.08 0.63 144 Arms Core 0.0 251 155 6.70 0.78 0.0 0.94 Muscle 0.0 3.44 3.10 1855 115 00 138 Fat 00 112 0.67 36.10 0.20 0.0 0.24 _ Skin 0.3482 0.67 0.60 230 0.18 0.63 2.50 . Legs Core 00 137 447 23.00 2.36 0.0 2.85 Muscle 00 10.26 9.23 10.10 2.88 0.0 3.45, Fat 00 2.60 16 78.10 0.47 0.0 0.57 Skin 0.6998 144 130 4.66 0.39 3.47 5.85 a Central ‘ 2 Blood . 250 بدلسازی سیستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ‎٩۰-٩۱‏ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر انشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی 

صفحه 13:
ت بوست و هسته بصورتغیرخلی 6 ان تلبت رز و . (ی ۳ 34)+((ی۳-.34) بیط + ‎X = (KyG78 — To)‏ 7 خنک شدن پوست از طریق تيخيز تعريقي يا معادله ل لكر رل ‎ae‏ بناج شیه‌سازی با ,متیر بین ۱۵ ت۳۵ رجه گرا دای هسته ری ‎pe‏ کمن ۲۵/۸ ۳۸ درجه اراد یل وجود سیستم کت یک الايههاى تزديكتر به محيط بيرون داراى تغييرات حرارتیبیشتر نسبت به هسته. ‎Se ihn gm EL fa og‏ ل 15) خ ‎Male‏ روز مجر یه ,ای پوست ‎Kye(Ts ~ 83.5) gus uate tap cle cle ua‏ + )36.5 — ى3)جوكة لا ‏ش دمای ماهیچه بخاطر افزایش ‎My‏ ‎ ‏كح که ‎ ‏در دماعاى بايين ورودى. افا ‎Ae ‏بدلسازی سپستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ۹۰-۹۱ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر ؛انشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس حسین منتظری کردی ‎ 

صفحه 14:
38, 30. 38, I TEMP. 20, TC, TB, TM, TF, TS in °C 34, 32. 0.0 25 5.0 75 09 25 50 75 Time in Hours Time in Hours 0 Figure 7.3.1. (a) Skin Temperature Ts, and core temperature Te, in response to an ambient temperature pattern, Ty. (b) Temperatures Ts, Ty Tr, Ta and Ts responding to the same Ta, but plotted to a more limited abscissa scale. (©) Feedback heat flows E,. (loss due to sweating) and Myy (gain due to shivering). (2) Temperatures as in (b) when feedbacks E,. and Myx are zero. ‏بدلسازی سپستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ۹۰-۹۱ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر‎ ‏انشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی‎ 

صفحه 15:
8 2 ۳ 4 5 | ۹ a \ 9 Fe / 8 6 1 5 5 r = ۳ e 5 an ec 20 8 ‏وه 5.0 25 مه‎ 09 2.5 50 7 Time in Hours Time in Hours © 8 Figure 7.3.1. (a) Skin Temperature Ts, and core temperature Te, in response to an ambient temperature pattern, Ta. (b) Temperatures Ts, Ty Tr, Ta and Ts responding to the same Ta, but plotted to a more limited abscissa scale. (©) Feedback heat flows E,. (loss due to sweating) and Myy (gain due to shivering) (4) Temperatures as in (b) when feedbacks E,. and Myy are zero مدلسازی سیستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ‎٩۰-٩۱‏ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر نانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی 90. 50 30, 0.0 esw, MSH ۳ 

صفحه 16:
۵- جریان گرم و تنظیم حرارت در توزادان ” اهميت تنظيم حرارتى در نوزادان بتار دلايل زير: - طراحى واستفاده از رتور رای وان رس - مطالعه استفاده از هيبوترميا ذبايين تكهداشتن دملى يدن) در جراحى قلب باز ”3 خنک کردن بدن موجب کاهش مصرف اکسیژن و کاهش گردش خون "۲ دسترسی مشکل بهاطلاعاتپاامترهایتزدان, بر از ین پرمترها در جدول ۷-۲-۱ ۶- مدلسازی چندگانه در شبیه‌سازی حوارتی امکانواردمودن ثرت پوشیدن باس به مد تنظیم حراتی با مدسازی چندگاته در طو بای‌س قلبی-ریوی ” يك مدل جتدكاته صحيح مشتملبر: مدل فشار-جربان سيستم كردش خون % اهميث توجه به تبادل حرا اه نقوذ حرارتى و سيستمهاى تنظيم بدلسازى سيستمهاى بيولوثيك ترم بهار سال تحصیلی ۹۰-۹۱ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر انشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی 

صفحه 17:
TABLE 7.4.1 ‘ A 01 6 Ky M, 7 9 Heat Conduct. Basal Basal Basal Area, Mass, Capacity, Metabolism, Evaporating, Blood Flow, emt 8 0 keal/he ‏اما‎ Uhr 0.0 2 0.260 a 1.83 0.487 17.56 0.0 45 0.406 08 014 0.16 00 134, 0.080 8 0.04 0.10 629 120 0.108 3 004 0.139 0.62 0.0 5 0.203 icy 1.56 13.2 0.0 27 0.024 eas 0.008 0.01 0.0 54 0.032 5 0.016 0.02 267 54 0.049 0.016 0.059 0.261 0۵ 2 0.077 Agi 0.036 0.045, 00 321 0.289 0 0.097 0.116 00 © 119 0.071 3 0035 0.043, 504 119 0.107 0.035 0.139 0.494, 00 © 193 94 ‏ورد‎ 0.058 0.073, 00 © 408 0.367 Sa 0.122 0.147 oo ©6118 0.077 vat 0.039 0.054 0.551 ده 0.039 ۹ 0.115 8 .۰ 502 107 0.094 3.90 بدلسازی سیستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ۹۰-۹۱ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر :انشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس, حسین منتظری کردی 

صفحه 18:
” مدل فشار-جریان غیرضربانی بدلیل آهسته‌بودن تغیبرات حرارت در قياس با ضربانهاى قلب و خون امکان افزودن مدلهای انتقال جهت مدلسازی انرژی جنبشی دارو به مدل تنظیم حرارتی ite بدلسازی سیستم‌های بیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ‎٩۰-۹۱‏ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر انشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی 

صفحه 19:
wea. TAUN« cincucarory HALOTHANE PRESSURE-FLOW MCOEL ۱ a4 Figure 7.5.1. Model of an infant including effects of hypothermia and anes- ‎thesia. (Slate-77b, with permission).‏ د ‏بدلسازی سیستم‌های پیولوژیک ترم بهار سال تحصیلی ‎٩۰-۹۱‏ دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر ۳ انشگاه صنعتی نوشیروانی بابل جلسه ششم درس. حسین منتظری کردی ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎