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

1- چکيده 1

مدلسازي حرارتي کره ي چشم انسان به منظور بررسي اثر منابع حرارتي خارجي و همچنين پيش بيني ناهنجاري هاي چشمي و اختلالات بينايي حياتي جلوه مي نمايد. درک بهتر پاسخ حرارتي قسمت هاي مختلف چشم به شار حرارتي اعمال شده، مي تواند در بهينه سازي ليزر درماني و يا عمل جراحي چشم سودمند واقع گردد. با اين مطالعه، انتقال حرارت در کره ي چشم انسان به روش عددي و با استفاده از نرم افزار فلوئنت براي مقادير مختلف ورودي شبيه سازي شده است و نتايج حاصله به منظور تأييد اعتبار با يکديگر و نيز با مدل هاي پيشين مقايسه گرديده اند.

هندسه ي کره ي چشم انسان در دو و سه بعد، با استفاده از نرم افزار گمبيت مدلسازي شده است. سپس اين مدل ها به منظور شبيه سازي پديده ي انتقال حرارت در کره چشم براي شرايط مختلف به محيط نرم افزار فلوئنت وارد شده اند. همانند بسياري از کارهاي پيشين در اين زمينه ، جريان حرارت در زلاليه درشبيه سازي هاي مقدماتي ناديده گرفته شده است. پس از حل معادله ي انتقال حرارت در  کره ي چشم، نتايج به دست آمده با مقالات و ژورنال هاي مشابه مقايسه گرديده اند. پس از احراز اعتبار، مدل جهت در نظر گرفتن اثر جريان سيال زلاليه در توزيع دماي چشم، توسعه يافته است. نتايج بدست آمده از اين مطالعه مي تواند امکان ارائه يک ايده ي کيفي در مورد آثار دمايي جريان زلاليه در کره ي چشم انسان و اهميت آن در تجزيه و تحليل حرارتي کره ي چشم انسان را فراهم کند. با در نظر گرفتن نتايج به دست آمده از الگوهاي جريان در داخل زلاليه براي مدل سه بعدي، ضروري است که اين ناحيه را در سه بعد طوري که جريان در جهات مختلف حرکت مي نمايد، مدلسازي نماييم.

1-1- کلمات کليدي انگليسي: 2
1-2- کلمات کليدي فارسي: 2
2- مقدمه : 3

انتقال حرارت در کره ي چشم انسان يکي از موضاعات جالب توجهي است که اخيراً توسط محققان مورد بررسي قرارگرفته است. چشم عضو حساسي از بدن انسان مي باشد که اختلالات و يا حتي تغيير کوچکي در دماي داخلي آن مي تواند براي اين عضو مضر باشد. علاوه بر آن، تغييرات دمايي در کره ي چشم طي عمل جراحي ليزر و يا حين کار با منابع حرارتي مضر مثل  جوشکاري به روش قوس الکتريکي و يا حين کار با کوره براي تجزيه و تحليل بسيار اهميت دارند. بنابراين مطالعه ي مشخصات دمايي چشم به منظور تشخيص ناهنجاري هاي اوليه در چشم، طراحي مکانيزمي جهت حفاظت چشم و جلوگيري از آسيب ديدگي آن حياتي مي باشد. هدف اصلي، تجزيه و تحليل انتقال حرارت در کره ي چشم انسان مي باشد که به روش عددي و با استفاده از نرم افزار فلوئنت به ازاي مقادير مختلف ورودي در دو و سه بعد مدل شده است. نتايج با يکديگر ونيز با نتايج تجربي و محاسباتي بدست آمده از کار هاي پيشين مقايسه شده اند.

دماي چشم انسان در حضور منابع انرژي مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. نرم افزارهايي که براي شبيه سازي مدل هاي چشم مورد استفاده قرار گرفته اند، عبارتند از پلات ديجيتايزر،گمبيت و فلوئنت. مکانيزم حل در فلوئنت به روش حجم کنترلي محدود مي باشد.

به طور خلاصه، اين گزارش طي مراحل ذيل ارائه شده است :

  • تعاريف مهم
  • کارهاي مشابه انجام گرفته توسط ديگر محققين
  • مدلسازي و شبيه سازي ها
  • نتيجه گيري، محدوديت ها و پيشنهادها

3- مرور مطالب 4

اصول تئوري آثار منابع گرمايي خارجي بر روي اختلالات دمايي در چشم انسان در اين بخش توضيح داده شده است. تعاريف اساسي مورد نياز براي واژه ها و پژوهش ها در زمينه ي مربوطه به ترتيب در بخش هاي 2-2 و 2-3 آورده شده اند.

3-1- مکانيزم توليد حرارت در بافت ها 4

چشم عضوي است زنده و به مانند ديگر اعضاي بدن، انرژي به واسطه ي جريان خون به اين عضو منتقل مي گردد. با اين حال، با توجه به وظيفه ي بينايي اين عضو، شريان هاي چشم تنها در ناحيه مشيميه وجود دارند. علاوه بر آن فرض شده است که توليد گرماي سوخت وساز در بافت هاي چشم ناچيز است. تنها منبع حرارتي در نظر گرفته شده، انتقال حرارت جابجايي به واسطه جريان خون در شرايط عادي است که به عنوان يک منبع حرارتي خارجي فرض شده است. اثرات گرمايي توليد شده مي تواند حاصل دلايل مختلفي  نظير عمل جراحي ليزر و يا کار با منابع حرارتي مضر نظير جوشکاري قوسي و يا کار با کوره ها باشد. تأثير عمل جراحي در اختلالات حرارتي در چشم انسان در اين گزارش مدلسازي شده است.

پديده ي انتقال حرارت در چشم به صورت تجربي و عددي در برخي تحقيقات مطرح شده که در بخش بعد مورد بحث قرار گرفته است.

3-2- تحقيقات پيشين 4

تحقيقاتي به منظور بررسي پديده ي انتقال حرارت در چشم به صورت تجربي و عددي صورت گرفته است. در مدل هاي قبلي حرارتي چشم، انتقال حرارت در بخش هاي مختلف چشم، اصولاً با استفاده از هدايت و در موارد اندکي با  جابجايي طبيعي  [2، 4-8] مدل سازي شده بود.

اين پژوهش بر تجزيه و تحليل عددي جريان سيال و انتقال حرارت در زلاليه متمرکز شده است. از اين رو برخي از تحقيقات مشابه در اين زمينه در اين بخش مرور مي شود.

در سال 1988 اسکات، يک مدل دوبعدي از چشم انسان را معرفي نمود که به روش المان محدود و با به کارگيري معادله انتقال حرارت زيستي حل شده بود. انتقال حرارت در اين مدل مورد مطالعه قرار گرفته بود و تغييرات دمايي در شرايط حالت دائمي زماني که تابش فروسرخ اعمال شده بود، بررسي شده بود.

در سال 2006 انجي و اوئي ، يک مدل دو بعدي از چشم انسان را به منظور مطالعه مشخصات حرارتي تحت شرايط حالت دائمي با استفاده از روش المان ارائه کردند.

در سال 2006  انجي و اوئي چرخش جريان زلاليه در حفره ي قدامي چشم و تأثير آن بر تغييرات دمايي چشم را با استفاده از يک مدل دو بعدي چشم انسان مطالعه نمودند. آنها دريافتند که چرخش طبيعي زلاليه دما را افزايش داده و پروفيل دما در حفره قدامي و قرنيه تغيير مي کند. آنها يک منبع حرارتي مصنوعي در چشم افزودند. نتايج نشان داد که زلاليه عاملي است که تأثيرات انتقال حرارت خاص خود را در ناحيه قدامي چشم دارد. مدل آنان با محدوديت هايي مواجه بود. براي مثال نتايج مدل آنان با نتايج تجربي يکسان نبودند و دوم اينکه مدل آنان دو بعدي بود و علاوه بر آن تأثيرات حرارتي پلک زدن در مدل آنها در نظر گرفته نشده بود.

در سال  2008 اين هين اوئي و همکاران يک مدل سه بعدي متقارن شعاعي از چشم انسان را ارائه کردند. مدل المان مرزي چشم آنها، تغييرات دمايي در قرنيه را طي ليزر درماني مورد مطالعه قرار داد. جذب انرژي در قرنيه با بکارگيري قانون بير-لامبرت شبيه سازي و تجزيه وتحليل شده بود.

در سال 2010 ناراسيماهان و همکاران تلاش کردند تا معادله ي انتقال حرارت زيستي در يک ساختار گسسته را به روش حجم محدود براي يک مدل دوبعدي چشم، حل کنند. آنها به نحوه ي تغييرات دما در در شرايط انتقالي پي بردند و اثرات گرمايي مربوطه را در نواحي مختلف چشم انسان هنگامي که تابش ليزر در فرآيند درمان شبکيه اعمال شده بود، مورد مطالعه قرار دادند. نتايج آنان نشان داد که دما در شبکيه در شرايط انتقالي طي گرمايش با ليزر مي تواند به اوج خود برسد که اين دما از مقداردمايي که باعث آسيب سلولي مي شود نيز بيشتر است و اين خسارت توسط بافت چشم قابل بهبود نيست. اگر چه آنان اثر انتقال حرارت جابجايي در زلاليه را در نظر نگرفتند.

در سال 2011 شفاهي و وفايي يک مدل دوبعدي از چشم ارائه کردند که شامل بخش هاي اصلي نظير قرنيه، حفره ي قدامي، حفره ي خلفي، عنبيه، صلبيه، عدسي و مايع زجاجيه مي شد. مدل آنان به صورت حرارتي با بکارگيري روش المان محدود و با در نظر گرفتن نواحي عنبيه و صلبيه به صورت يک ماده ي متخلخل شبيه سازي شده بود. تحليل آنان نشان داد که دماي کره ي چشم در اثر وجود جريان خون در نواحي عنبيه وصلبيه و جريان جابجايي طبيعي هنگام مواجهه با تغييرات بيش از حد دمايي تعديل مي شود. چرخش خون و چرخش زلاليه اثر قابل توجهي در متعادل ماندن دماي کره ي چشم دارند. براي تغييرات بزرگتر دمايي، اثر آنان  بيشتر قابل توجه مي شود.

مدل هاي شبيه سازي شده ي فعلي، داراي خصوصياتي است که آن را از ديگر مدل ها متمايز مي سازد. در اين مدل ها انتقال حرارت در چشم کامل با و بدونRPE  در نظر گرفته شده است و انتقال حرارت جابجايي که در مدل هاي پيشين صرفنظر شده بود، در اين مدل لحاظ شده است.علاوه براين، اين مدل ها هندسه ي دقيق تري دارند و با دقت مدلسازي شده اند. مدل سه بعدي، مدلي است که براي نخستين بار در جهان و با در نظر گرفتن جريان هاي سيال در زلاليه، تجزيه و تحليل شده است. نتايج، دماي بالايي را درناحيه شبکيه طي فرآيند انتقالي درمدت زمان جراحي واقعي که منجر به آسيب زدن به سلول هاي چشم مي شود، نشان مي دهند.

3-3- معادلات حاکم 7
4- مدلسازي و شبيه سازي 11
4-1- هندسه ي چشم 11
4-2- مقدمه اي بر نرم افزارگمبيت 12
4-3- تجزيه و تحليل 15
5- نتايج 18

در اين مطالعه ،چشم در مدل هاي دوبعدي و سه بعدي شبيه سازي شده است. انتقال حرارت در شرايط حالت دائمي عادي، تحت عمل جراحي ليزر و همچنين پس ازگذشت زمان کافي از آغاز عمل جراحي شبيه سازي شده اند. مدل دوبعدي چشم به منظور شبيه سازي انتقال حرارت در چشم انسان مورد استفاده قرار گرفته است تا پيش از آغاز شبيه سازي مدل سه بعدي کامل چشم نتايج اساسي را ارائه کند. شبيه سازي کيفي اثرات حرارتي در جريان مايع زلاليه براي نشان دادن تجزيه و تحليل حرارتي ضروري در چشم انسان است.

براي در نظرگرفتن مکانيسم هاي خنک کاري مختلف در قرنيه، يک کد UDF  در برنامه ي زبان C  نوشته شده و به نرم افزار فلوئنت وارد شده است. علاوه بر آن براي فراهم آوردن نتايج اثرات حرارتي عمل جراحي ليزر بر نحوه ي توزيع دماي چشم، گرماي توليد شده از تابش ليزر با استفاده از يک فايل UDF به نرم افزار فلوئنت وارد شده است. علاوه بر آن اثر ضريب انتقال حرارت جابجايي صلبيه و نرخ پرفيوژن خون بر نحوه ي توزيع دما در چشم تجزيه و تحليل شده است.

براي نخستين بار در يک مدل سه بعدي، جريان در مايع زلاليه مطالعه شده است و اثرات اين جريان مورد بررسي قرار گرفته است. براي مدل هاي مقدماتي اين مطالعه ازجريان مايع زلاليه که به صورت مشابهي در شبيه سازي هاي پيشين مد نظر قرار گرفته بودند، صرفنظر شده است. نتايج در شرايط مختلف با مطالعات پيشين براي صحت سنجي مقايسه شده اند. جريان جابجايي طبيعي داخل مايع زلاليه موجب تعديل دما در داخل اين ناحيه مي شود و در نتيجه ي آن دما در امتداد خط مرکزي اين ناحيه دراثر عمل جراحي از وضعيتي که در آن اين ناحيه به صورت جامد شبيه سازي شده است، کمتر است.

شبيه سازي هاي سه بعدي جريان داخل مايع زلاليه، اثرات سه بعدي جابجايي طبيعي، يعني خطوط مسير سه بعدي را نشان مي دهد. اين بدان معناست که براي شبيه سازي صحيح جريان در اين ناحيه ضروري است که اين ناحيه را سه بعدي شبيه سازي نمود.

از آنجا که داده هاي کافي براي ديگر مکانيسم هاي گرمايش چشم در دسترس نيست اين مطالعه محدود به عمل جراحي ليزر مي باشد. بنابراين توصيه مي شود که اثر ديگر مکانيسم ها بر توزيع حرارت چشم در نظر گرفته شود.

5-1- مدلسازي انتقال حرارت درچشم انسان در شرايط عادي 18
5-1-1- مدل ساده 18
5-2- مدلسازي انتقال حرارت در چشم انسان تحت عمل جراحي ليزر 21
5-3- مدلسازي جابجايي طبيعي و جريان سيال در زلاليه 25
6- نتيجه گيري 31
7- مراجع 33
8- پيوست 34
8-1- يو دي اف نوشته شده در فلوئنت 34
8-2- شبکه بندي 38
8-3- کانتورهاي دما 40

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