بررسی پدیده انتقال حرارت در کره ی چشم انسان

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی
رشته تحصیلی:مهندسی مکانیک
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:52
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

چکیده

۱- چکیده ۱

مدلسازی حرارتی کره ی چشم انسان به منظور بررسی اثر منابع حرارتی خارجی و همچنین پیش بینی ناهنجاری های چشمی و اختلالات بینایی حیاتی جلوه می نماید. درک بهتر پاسخ حرارتی قسمت های مختلف چشم به شار حرارتی اعمال شده، می تواند در بهینه سازی لیزر درمانی و یا عمل جراحی چشم سودمند واقع گردد. با این مطالعه، انتقال حرارت در کره ی چشم انسان به روش عددی و با استفاده از نرم افزار فلوئنت برای مقادیر مختلف ورودی شبیه سازی شده است و نتایج حاصله به منظور تأیید اعتبار با یکدیگر و نیز با مدل های پیشین مقایسه گردیده اند.

هندسه ی کره ی چشم انسان در دو و سه بعد، با استفاده از نرم افزار گمبیت مدلسازی شده است. سپس این مدل ها به منظور شبیه سازی پدیده ی انتقال حرارت در کره چشم برای شرایط مختلف به محیط نرم افزار فلوئنت وارد شده اند. همانند بسیاری از کارهای پیشین در این زمینه ، جریان حرارت در زلالیه درشبیه سازی های مقدماتی نادیده گرفته شده است. پس از حل معادله ی انتقال حرارت در  کره ی چشم، نتایج به دست آمده با مقالات و ژورنال های مشابه مقایسه گردیده اند. پس از احراز اعتبار، مدل جهت در نظر گرفتن اثر جریان سیال زلالیه در توزیع دمای چشم، توسعه یافته است. نتایج بدست آمده از این مطالعه می تواند امکان ارائه یک ایده ی کیفی در مورد آثار دمایی جریان زلالیه در کره ی چشم انسان و اهمیت آن در تجزیه و تحلیل حرارتی کره ی چشم انسان را فراهم کند. با در نظر گرفتن نتایج به دست آمده از الگوهای جریان در داخل زلالیه برای مدل سه بعدی، ضروری است که این ناحیه را در سه بعد طوری که جریان در جهات مختلف حرکت می نماید، مدلسازی نماییم.

۱-۱- کلمات کلیدی انگلیسی: ۲
۱-۲- کلمات کلیدی فارسی: ۲
۲- مقدمه : ۳

انتقال حرارت در کره ی چشم انسان یکی از موضاعات جالب توجهی است که اخیراً توسط محققان مورد بررسی قرارگرفته است. چشم عضو حساسی از بدن انسان می باشد که اختلالات و یا حتی تغییر کوچکی در دمای داخلی آن می تواند برای این عضو مضر باشد. علاوه بر آن، تغییرات دمایی در کره ی چشم طی عمل جراحی لیزر و یا حین کار با منابع حرارتی مضر مثل  جوشکاری به روش قوس الکتریکی و یا حین کار با کوره برای تجزیه و تحلیل بسیار اهمیت دارند. بنابراین مطالعه ی مشخصات دمایی چشم به منظور تشخیص ناهنجاری های اولیه در چشم، طراحی مکانیزمی جهت حفاظت چشم و جلوگیری از آسیب دیدگی آن حیاتی می باشد. هدف اصلی، تجزیه و تحلیل انتقال حرارت در کره ی چشم انسان می باشد که به روش عددی و با استفاده از نرم افزار فلوئنت به ازای مقادیر مختلف ورودی در دو و سه بعد مدل شده است. نتایج با یکدیگر ونیز با نتایج تجربی و محاسباتی بدست آمده از کار های پیشین مقایسه شده اند.

دمای چشم انسان در حضور منابع انرژی مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. نرم افزارهایی که برای شبیه سازی مدل های چشم مورد استفاده قرار گرفته اند، عبارتند از پلات دیجیتایزر،گمبیت و فلوئنت. مکانیزم حل در فلوئنت به روش حجم کنترلی محدود می باشد.

به طور خلاصه، این گزارش طی مراحل ذیل ارائه شده است :

  • تعاریف مهم
  • کارهای مشابه انجام گرفته توسط دیگر محققین
  • مدلسازی و شبیه سازی ها
  • نتیجه گیری، محدودیت ها و پیشنهادها

۳- مرور مطالب ۴

اصول تئوری آثار منابع گرمایی خارجی بر روی اختلالات دمایی در چشم انسان در این بخش توضیح داده شده است. تعاریف اساسی مورد نیاز برای واژه ها و پژوهش ها در زمینه ی مربوطه به ترتیب در بخش های ۲-۲ و ۲-۳ آورده شده اند.

۳-۱- مکانیزم تولید حرارت در بافت ها ۴

چشم عضوی است زنده و به مانند دیگر اعضای بدن، انرژی به واسطه ی جریان خون به این عضو منتقل می گردد. با این حال، با توجه به وظیفه ی بینایی این عضو، شریان های چشم تنها در ناحیه مشیمیه وجود دارند. علاوه بر آن فرض شده است که تولید گرمای سوخت وساز در بافت های چشم ناچیز است. تنها منبع حرارتی در نظر گرفته شده، انتقال حرارت جابجایی به واسطه جریان خون در شرایط عادی است که به عنوان یک منبع حرارتی خارجی فرض شده است. اثرات گرمایی تولید شده می تواند حاصل دلایل مختلفی  نظیر عمل جراحی لیزر و یا کار با منابع حرارتی مضر نظیر جوشکاری قوسی و یا کار با کوره ها باشد. تأثیر عمل جراحی در اختلالات حرارتی در چشم انسان در این گزارش مدلسازی شده است.

پدیده ی انتقال حرارت در چشم به صورت تجربی و عددی در برخی تحقیقات مطرح شده که در بخش بعد مورد بحث قرار گرفته است.

۳-۲- تحقیقات پیشین ۴

تحقیقاتی به منظور بررسی پدیده ی انتقال حرارت در چشم به صورت تجربی و عددی صورت گرفته است. در مدل های قبلی حرارتی چشم، انتقال حرارت در بخش های مختلف چشم، اصولاً با استفاده از هدایت و در موارد اندکی با  جابجایی طبیعی  [۲، ۴-۸] مدل سازی شده بود.

این پژوهش بر تجزیه و تحلیل عددی جریان سیال و انتقال حرارت در زلالیه متمرکز شده است. از این رو برخی از تحقیقات مشابه در این زمینه در این بخش مرور می شود.

در سال ۱۹۸۸ اسکات، یک مدل دوبعدی از چشم انسان را معرفی نمود که به روش المان محدود و با به کارگیری معادله انتقال حرارت زیستی حل شده بود. انتقال حرارت در این مدل مورد مطالعه قرار گرفته بود و تغییرات دمایی در شرایط حالت دائمی زمانی که تابش فروسرخ اعمال شده بود، بررسی شده بود.

در سال ۲۰۰۶ انجی و اوئی ، یک مدل دو بعدی از چشم انسان را به منظور مطالعه مشخصات حرارتی تحت شرایط حالت دائمی با استفاده از روش المان ارائه کردند.

در سال ۲۰۰۶  انجی و اوئی چرخش جریان زلالیه در حفره ی قدامی چشم و تأثیر آن بر تغییرات دمایی چشم را با استفاده از یک مدل دو بعدی چشم انسان مطالعه نمودند. آنها دریافتند که چرخش طبیعی زلالیه دما را افزایش داده و پروفیل دما در حفره قدامی و قرنیه تغییر می کند. آنها یک منبع حرارتی مصنوعی در چشم افزودند. نتایج نشان داد که زلالیه عاملی است که تأثیرات انتقال حرارت خاص خود را در ناحیه قدامی چشم دارد. مدل آنان با محدودیت هایی مواجه بود. برای مثال نتایج مدل آنان با نتایج تجربی یکسان نبودند و دوم اینکه مدل آنان دو بعدی بود و علاوه بر آن تأثیرات حرارتی پلک زدن در مدل آنها در نظر گرفته نشده بود.

در سال  ۲۰۰۸ این هین اوئی و همکاران یک مدل سه بعدی متقارن شعاعی از چشم انسان را ارائه کردند. مدل المان مرزی چشم آنها، تغییرات دمایی در قرنیه را طی لیزر درمانی مورد مطالعه قرار داد. جذب انرژی در قرنیه با بکارگیری قانون بیر-لامبرت شبیه سازی و تجزیه وتحلیل شده بود.

در سال ۲۰۱۰ ناراسیماهان و همکاران تلاش کردند تا معادله ی انتقال حرارت زیستی در یک ساختار گسسته را به روش حجم محدود برای یک مدل دوبعدی چشم، حل کنند. آنها به نحوه ی تغییرات دما در در شرایط انتقالی پی بردند و اثرات گرمایی مربوطه را در نواحی مختلف چشم انسان هنگامی که تابش لیزر در فرآیند درمان شبکیه اعمال شده بود، مورد مطالعه قرار دادند. نتایج آنان نشان داد که دما در شبکیه در شرایط انتقالی طی گرمایش با لیزر می تواند به اوج خود برسد که این دما از مقداردمایی که باعث آسیب سلولی می شود نیز بیشتر است و این خسارت توسط بافت چشم قابل بهبود نیست. اگر چه آنان اثر انتقال حرارت جابجایی در زلالیه را در نظر نگرفتند.

در سال ۲۰۱۱ شفاهی و وفایی یک مدل دوبعدی از چشم ارائه کردند که شامل بخش های اصلی نظیر قرنیه، حفره ی قدامی، حفره ی خلفی، عنبیه، صلبیه، عدسی و مایع زجاجیه می شد. مدل آنان به صورت حرارتی با بکارگیری روش المان محدود و با در نظر گرفتن نواحی عنبیه و صلبیه به صورت یک ماده ی متخلخل شبیه سازی شده بود. تحلیل آنان نشان داد که دمای کره ی چشم در اثر وجود جریان خون در نواحی عنبیه وصلبیه و جریان جابجایی طبیعی هنگام مواجهه با تغییرات بیش از حد دمایی تعدیل می شود. چرخش خون و چرخش زلالیه اثر قابل توجهی در متعادل ماندن دمای کره ی چشم دارند. برای تغییرات بزرگتر دمایی، اثر آنان  بیشتر قابل توجه می شود.

مدل های شبیه سازی شده ی فعلی، دارای خصوصیاتی است که آن را از دیگر مدل ها متمایز می سازد. در این مدل ها انتقال حرارت در چشم کامل با و بدونRPE  در نظر گرفته شده است و انتقال حرارت جابجایی که در مدل های پیشین صرفنظر شده بود، در این مدل لحاظ شده است.علاوه براین، این مدل ها هندسه ی دقیق تری دارند و با دقت مدلسازی شده اند. مدل سه بعدی، مدلی است که برای نخستین بار در جهان و با در نظر گرفتن جریان های سیال در زلالیه، تجزیه و تحلیل شده است. نتایج، دمای بالایی را درناحیه شبکیه طی فرآیند انتقالی درمدت زمان جراحی واقعی که منجر به آسیب زدن به سلول های چشم می شود، نشان می دهند.

۳-۳- معادلات حاکم ۷
۴- مدلسازی و شبیه سازی ۱۱
۴-۱- هندسه ی چشم ۱۱
۴-۲- مقدمه ای بر نرم افزارگمبیت ۱۲
۴-۳- تجزیه و تحلیل ۱۵
۵- نتایج ۱۸

در این مطالعه ،چشم در مدل های دوبعدی و سه بعدی شبیه سازی شده است. انتقال حرارت در شرایط حالت دائمی عادی، تحت عمل جراحی لیزر و همچنین پس ازگذشت زمان کافی از آغاز عمل جراحی شبیه سازی شده اند. مدل دوبعدی چشم به منظور شبیه سازی انتقال حرارت در چشم انسان مورد استفاده قرار گرفته است تا پیش از آغاز شبیه سازی مدل سه بعدی کامل چشم نتایج اساسی را ارائه کند. شبیه سازی کیفی اثرات حرارتی در جریان مایع زلالیه برای نشان دادن تجزیه و تحلیل حرارتی ضروری در چشم انسان است.

برای در نظرگرفتن مکانیسم های خنک کاری مختلف در قرنیه، یک کد UDF  در برنامه ی زبان C  نوشته شده و به نرم افزار فلوئنت وارد شده است. علاوه بر آن برای فراهم آوردن نتایج اثرات حرارتی عمل جراحی لیزر بر نحوه ی توزیع دمای چشم، گرمای تولید شده از تابش لیزر با استفاده از یک فایل UDF به نرم افزار فلوئنت وارد شده است. علاوه بر آن اثر ضریب انتقال حرارت جابجایی صلبیه و نرخ پرفیوژن خون بر نحوه ی توزیع دما در چشم تجزیه و تحلیل شده است.

برای نخستین بار در یک مدل سه بعدی، جریان در مایع زلالیه مطالعه شده است و اثرات این جریان مورد بررسی قرار گرفته است. برای مدل های مقدماتی این مطالعه ازجریان مایع زلالیه که به صورت مشابهی در شبیه سازی های پیشین مد نظر قرار گرفته بودند، صرفنظر شده است. نتایج در شرایط مختلف با مطالعات پیشین برای صحت سنجی مقایسه شده اند. جریان جابجایی طبیعی داخل مایع زلالیه موجب تعدیل دما در داخل این ناحیه می شود و در نتیجه ی آن دما در امتداد خط مرکزی این ناحیه دراثر عمل جراحی از وضعیتی که در آن این ناحیه به صورت جامد شبیه سازی شده است، کمتر است.

شبیه سازی های سه بعدی جریان داخل مایع زلالیه، اثرات سه بعدی جابجایی طبیعی، یعنی خطوط مسیر سه بعدی را نشان می دهد. این بدان معناست که برای شبیه سازی صحیح جریان در این ناحیه ضروری است که این ناحیه را سه بعدی شبیه سازی نمود.

از آنجا که داده های کافی برای دیگر مکانیسم های گرمایش چشم در دسترس نیست این مطالعه محدود به عمل جراحی لیزر می باشد. بنابراین توصیه می شود که اثر دیگر مکانیسم ها بر توزیع حرارت چشم در نظر گرفته شود.

۵-۱- مدلسازی انتقال حرارت درچشم انسان در شرایط عادی ۱۸
۵-۱-۱- مدل ساده ۱۸
۵-۲- مدلسازی انتقال حرارت در چشم انسان تحت عمل جراحی لیزر ۲۱
۵-۳- مدلسازی جابجایی طبیعی و جریان سیال در زلالیه ۲۵
۶- نتیجه گیری ۳۱
۷- مراجع ۳۳
۸- پیوست ۳۴
۸-۱- یو دی اف نوشته شده در فلوئنت ۳۴
۸-۲- شبکه بندی ۳۸
۸-۳- کانتورهای دما ۴۰

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت