تعداد نشریات | 44 |
تعداد شمارهها | 1,303 |
تعداد مقالات | 16,020 |
تعداد مشاهده مقاله | 52,489,614 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 15,217,133 |
تخمین شار گرمایی سطحی ناپایا در انتقال گرمای زیستی غیر خطی معکوس | ||
مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز | ||
مقاله 4، دوره 47، شماره 3، آذر 1396، صفحه 31-40 اصل مقاله (290.44 K) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
نویسندگان | ||
مجتبی باغبان1؛ محمد باقر آیانی* 2 | ||
1دانشجوی دکترا، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران | ||
2استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران | ||
چکیده | ||
در این مطالعه با حل مساله انتقال گرمای معکوس، شار گرمایی سطحی گذرا در یک بافت زنده تعیین میشود. خواص حرارتی بافت از قبیل رسانایی گرمایی، پرفیوژن خون و آهنگ متابولیسم به صورت تابعی از دما فرض شدهاند. در نتیجه مساله یک مساله انتقال گرمای معکوس غیر خطی محسوب میشود. از مدل انتقال گرمای زیستی پنس به منظور مدلسازی رفتار حرارتی درون بافت استفاده شده است. از دو روش مجزای تخمین متوالی تابع و گرادیان مزدوج به همراه مساله الحاقی در تعیین شار گرمایی سطحی مجهول کمک گرفته شده است. با دو مثال دقت حل معکوس ارزیابی شده و مقایسهای بین جوابهای بهدست آمده از دو روش انجام پذیرفته است. نتایج بیانگر دقت هر دو روش در تخمین شار گرمایی مجهول برای دادههای دقیق میباشد. اثر خطای اندازهگیری، حدس اولیه و مکان اندازهگیری بر دقت حل معکوس مطالعه شده است. نتایج نشان میدهد که حل معکوس از روش گرادیان مزدوج نسبت به روش ترتیبی قابل اعتمادتر است. در عین حال دقت هر دو روش با افزایش خطای اندازهگیری کاهش مییابد. مشاهده میشود که شار گرمایی مجهول را میتوان با حدس اولیهی دلخواه تخمین زد. همچنین نتایج نشان دهنده حساسیت بیشتر روش گرادیان مزدوج به مکان اندازهگیری دما است. | ||
کلیدواژهها | ||
انتقال گرمای زیستی معکوس؛ روش تخمین متوالی تابع؛ روش گرادیان مزدوج؛ خواص متغیر؛ شار گرمایی سطحی گذرا | ||
مراجع | ||
[1] Yue K., Zhang X., Yu F., Simultaneous Estimation of Thermal Properties of Living Tissue Using Noninvasive Method, Int J Thermophys, Vol. 28, No. 5, pp. 1470-1489, 2007. [2] Huang C.-H., Huang C.-Y., An inverse problem in estimating simultaneously the effective thermal conductivity and volumetric heat capacity of biological tissue, Applied Mathematical Modelling, Vol. 31, No. 9, pp. 1785-1797, 2007. [3] Partridge P.W., Wrobel L.C., A coupled dual reciprocity BEM/genetic algorithm for identification of blood perfusion parameters, International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, Vol. 19, No. 1, pp. 25-38, 2009. [4] Trucu D., Ingham D., Lesnic D., Inverse temperature-dependent perfusion coefficient reconstruction, International Journal of Non-Linear Mechanics, Vol. 45, No. 5, pp. 542-549, 2010. [5] Loulou T., Scott E.P., An inverse heat conduction problem with heat flux measurements, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 67, No. 11, pp. 1587-1616, 2006. [6] Partridge P.W., Wrobel L.C., An inverse geometry problem for the localisation of skin tumours by thermal analysis, Engineering Analysis with Boundary Elements, Vol. 31, No. 10, pp. 803-811, 2007. [7] Das K., Singh R., Mishra S.C., Numerical analysis for determination of the presence of a tumor and estimation of its size and location in a tissue, Journal of Thermal Biology, Vol. 38, No. 1, pp. 32-40, 2013. [8] Das K., Mishra S.C., Estimation of tumor characteristics in a breast tissue with known skin surface temperature, Journal of Thermal Biology, Vol. 38, No. 6, pp. 311-317, 2013. [9] Das K., Mishra S.C., Non-invasive estimation of size and location of a tumor in a human breast using a curve fitting technique, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 56, No. pp. 63-70, 2014. [10] Das K., Mishra S.C., Simultaneous estimation of size, radial and angular locations of a malignant tumor in a 3-D human breast–A numerical study, Journal of Thermal Biology, Vol. 52, No. pp. 147-156, 2015. [11] Ren Z., Liu J., Wang C., Jiang P., Boundary element method (BEM) for solving normal or inverse bio-heat transfer problem of biological bodies with complex shape, J. of Thermal Science, Vol. 4, No. 2, pp. 117-124, 1995. [12] Loulou T., Scott E.P., Thermal dose optimization in hyperthermia treatments by using the conjugate gradient method, Numerical Heat Transfer: Part A: Applications, Vol. 42, No. 7, pp. 661-683, 2002. [13] Zhang L., Dai W., Nassar R., A numerical method for optimizing laser power in the irradiation of a 3-D triple-layered cylindrical skin structure, Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, Vol. 48, No. 1, pp. 21-41, 2005. [14] Erhart K., Divo E., Kassab A., An evolutionary-based inverse approach for the identification of non-linear heat generation rates in living tissues using a localized meshless method, International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, Vol. 18, No. 3/4, pp. 401-414, 2008. [15] Yang C.-y., Boundary estimation of hyperbolic bio-heat conduction, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 54, No. 11, pp. 2506-2513, 2011. [16] Majchrzak E., Paruch M., Identification of electromagnetic field parameters assuring the cancer destruction during hyperthermia treatment, Inverse Problems in Science and Engineering; Formerly Inverse Problems in Engineering, Vol. 19, No. 1, pp. 45-58, 2011. [17] Lee H.-L., Lai T.-H., Chen W.-L., Yang Y.-C., An inverse hyperbolic heat conduction problem in estimating surface heat flux of a living skin tissue, Applied Mathematical Modelling, Vol. 37, No. 5, pp. 2630-2643, 2013. [18] Yang C.-y., Boundary prediction of bio-heat conduction in a two-dimensional multilayer tissue, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 78, No. pp. 232-239, 2014. [19] Yang C.-y., Determining the heat strength required in hyperthermia treatments, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 57, No. pp. 282-285, 2014. [20] Lee H.-L., Chen W.-L., Chang W.-J., Yang Y.-C., Estimation of surface heat flux and temperature distributions in a multilayer tissue based on the hyperbolic model of heat conduction, Computer methods in biomechanics and biomedical engineering, Vol. 18, No. 14, pp. 1525-1534, 2015. [21] Jalali A., Ayani M.-B., Baghban M., Simultaneous estimation of controllable parameters in a living tissue during thermal therapy, Journal of Thermal Biology, Vol. 45, No. pp. 37-42, 2014. [22] Baghban M., Ayani M.B., Source term prediction in a multilayer tissue during hyperthermia, Journal of Thermal Biology, Vol. 52, No. pp. 187-191, 2015. [23] Pennes H.H., Analysis of tissue and arterial blood temperatures in the resting human forearm, Journal of applied physiology, Vol. 1, No. 2, pp. 93-122, 1948. [24] Bardati F., Gerosa G., On the solution of the non-linear bio-heat equation, Journal of biomechanics, Vol. 23, No. 8, pp. 791-798, 1990. [25] Trobec R., Depolli M., Simulated temperature distribution of the proximal forearm, Computers in Biology and Medicine, Vol. 41, No. 10, pp. 971-979, 2011. [26] Haemmerich D., dos Santos I., Schutt D.J., Webster J.G., Mahvi D.M., In vitro measurements of temperature-dependent specific heat of liver tissue, Medical engineering & physics, Vol. 28, No. 2, pp. 194-197, 2006. [27] Ferziger J.H., Peric M., Computational methods for fluid dynamics, Springer Science & Business Media, 2012. [28] Alifanov O.M., Inverse heat transfer problems, Springer Science & Business Media, 2012. [29] Beck J.V., Blackwell B., Clair Jr C.R.S., Inverse heat conduction: Ill-posed problems, James Beck, 1985. [30] M.N. Ozisik, Inverse heat transfer: fundamentals and applications, CRC Press, 2000. [31] Gutiérrez Cabeza J.M., Martín García J.A., A. Corz Rodríguez, A sequential algorithm of inverse heat conduction problems using singular value decomposition, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 44, No. 3, pp. 235-244, 2005. [32] Beck J.V., Surface heat flux determination using an integral method, Nuclear Engineering and Design, Vol. 7, No. 2, pp. 170-178, 1968. [33] Azimi P.G. A., Gholami S., Contact boundary condition estimation in fractional non-Fourier heat conduction problem using conjugate gradient method without/with adjoint problem, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 6, pp. 22-28, 2014. (In Persian). [35] Kaipio J., Somersalo E., Statistical and computational inverse problems, Springer Science & Business Media, 2006. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 511 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 509 |