بررسی پدیده انتقال حرارت در کره ی چشم انسان

مدلسازی حرارتی کره یچشم انسان به منظور بررسی اثر منابع حرارتی خارجی و همچنین پیش بینی ناهنجاری های چشمی و اختلالات بیناییحیاتیجلوه می نماید. درک بهتر پاسخ حرارتی قسمت های مختلف چشم به شارحرارتی 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 انسانبه روش عددی و با استفاده از نرم افزار فلوئنت برای مقادیر مختلف ورودی شبیه سازی شده استو نتایج حاصله به منظور تأیید اعتباربا 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[1] مدلسازی شده است. سپس این مدل هابه منظور شبیه سازی پدیده ی انتقال حرارت در کره چشم برای شرایط مختلف به محیط نرم افزار فلوئنت[2] وارد شده اند. همانند بسیاری از کارهای پیشین در این زمینه ، جریان حرارت در زلالیه درشبیه سازی های مقدماتینادیده 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 جریانسیال 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.

1-1- کلمات کلیدی انگلیسی:

Bio heat transfer, human eye heat transfer, aqueous humour fluid flow, laser surgery, numerical simulation.

1-2- کلمات کلیدی فارسی:

انتقال حرارت زیستی، انتقال حرارت در چشم، جریان سیال زلالیه، جراحی لیزر، شبیه سازی عددی

فهرست مطالب

- چکیده. 1

1-1- کلمات کلیدی انگلیسی:2

1-2- کلمات کلیدی فارسی:2

2- مقدمه :3

3- مرور مطالب... 4

3-1- مکانیزم تولید حرارت در بافت ها4

3-2- تحقیقات پیشین.. 4

3-3- معادلات حاکم.. 7

4- مدلسازی و شبیه سازی.. 11

4-1- هندسه ی چشم.. 11

4-2- مقدمه ای بر نرم افزارگمبیت... 12

4-3- تجزیه و تحلیل.. 15

5- نتایج.. 18

5-1- مدلسازی انتقال حرارت درچشم انسان در شرایط عادی.. 18

5-1-1- مدل ساده. 18

5-2- مدلسازی انتقال حرارت در چشم انسان تحت عمل جراحی لیزر. 21

5-3- مدلسازی جابجایی طبیعی و جریان سیال در زلالیه. 25

6- نتیجه گیری.. 31

7- مراجع.. 33

8- پیوست... 34

8-1- یو دی اف نوشته شده در فلوئنت... 34

8-2- شبکه بندی.. 38

8-3- کانتورهای دما40

فهرست جدول ها

جدول 1- چگالی و خواص حرارتی بافت های چشم.. 16

جدول 2- گرمای تولید شده در نواحی مختلف چشم.. 22

جدول 3 -دما در مرکز RPE برای مطالعه اثر پرفیوژن خون در مشیمیه. 24

جدول 4- تنظیمات مسئله در مدلسازی سه بعدی جابجایی طبیعی و جریان سیال درناحیه ی مایع زلالیه. 26

جدول 5- خصوصیات حرارتی مایع زلالیه. 26

فهرست شکل ها

شکل 1- شکل شماتیک کره ی چشم انسان.. 11

شکل 2- (الف) : تصویر دو بعدی از کره ی چشم انسان که برای مدلسازی در نرم افزار گمبیت مورد استفاده قرار گرفته است. (ب) : مش کامل دو بعدی تولید شده در نرم افزار گمبیت... 14

شکل 3- کنتور های دمای استاتیک برای مدل دو بعدی چشم بدون منبع انرژی خارجی (الف) : نیمی از کره ی چشم (ب) : چشم کامل.. 19

شکل 4- (الف) : مقایسه مدل فعلی با مدل های اسکات و ان جی (ب) : مقایسه ی مدل فعلی با مدل های ناریسمهان و اسکات 21

شکل 5- توزیع دما در حالت دائمی در امتداد خط مرکزی برای های متفاوت شکل بالا: در امتداد محور مسیر لیزر شکل پایین: در ناحیه RPE (الف) : مدل فعلی (ب) مدل ناریسمهان.. 23

شکل 6- جریان در داخل زلالیه (الف): در حالت عادی دائمی (ب) : در حالت دائمی و اثر تولید حرارت ناشی از عمل جراحی لیزر (ج) : پس از گذشت 100 میلی ثانیه. 29

شکل 7- بردار های سرعت در داخل زلالیه (الف) : در شرایط عادی معمولی (ب) : در حالت دائمی و در حضور اثرات گرمایی تولیدی ناشی از عمل جراحی لیزر (ج) : پس از گذشت 100 میلی ثانیه از آغاز عمل جراحی لیزر اثرات گرمایی تولیدی ناشی ار آن.. 29

شکل 8- پروفیل های دمای استاتیک در حضور اثرات گرمای تولیدی ناشی از عمل جراحی لیزر برای مدل های مختلف (الف) : در امتداد محور مسیر پرتو های لیزر (ب) : در زلالیه. 30

شکل پیوست 1- مش دو بعدی تولید شده در نرم افزار گمبیت... 38

شکل پیوست 2- مش دو بعدی نیمه ی چشم که در نرم افزار گمبیت تولید شده است و ناحیه ی RPE را در نظر می گیرد.38

شکل پیوست 3- مش کامل سه بعدی تولید شده با استفاده از نرم افزار گمبیت... 39

شکل پیوست 4- باقیمانده ی مدرج (Scaled residuals ) برای شبیه سازی حالت دائمی نیمه ی دو بعدی چشم 39

شکل پیوست 5- کنتور های دمای استاتیک در حالت دائمی (الف) : مدل دو بعدی چشم (ب) : برای مدل دو بعدی متقارن 40

شکل پیوست 6- کنتور های دمای استاتیک برای انتقال حرارت حالت دائمی در چشم تحت عمل جراحی لیزر. 41

شکل پیوست 7- کنتور های دمای استاتیک پس از گذشت 100 میلی ثانیه از آغاز عمل جراحی لیزر. 41

شکل پیوست 8- کنتور های دمای استاتیک پس از گذشت 100 میلی ثانیه از آغاز عمل جراحی لیزردر مدل سه بعدی 42

شکل پیوست 9- کنتور های دمای استاتیک پس از گذشت 100 میلی ثانیه از آغاز عمل جراحی لیزردر مدل سه بعدی 42

شکل پیوست 10- پروفیل های دمای استاتیک حالت دائمی برای نرخ های مختلف پرفیوژن (الف) : در امتداد محور پرتو های لیزر (ب) : در ناحیه ی RPE.. 43

شکل پیوست 11- نتایج دمای انتقالی از صفر میلی ثانیه تا 100 میلی ثانیه برای نرخ های مختلف پرفیوژن مشیمیه (الف) : در امتداد محور پرتو های لیزر (ب) : در ناحیه ی RPE.. 43

شکل پیوست 12- پروفیل های دمای استاتیک در امتداد محور مرکزی چشم.. 43

شکل پیوست 13- نتایج دمای انتقالی از صفر میلی ثانیه تا 100 میلی ثانیه برای نرخ های مختلف پرفیوژن مشیمیه در امتداد محور پرتو های لیزر. 44

شکل پیوست 14- پروفیل های دمای استاتیک حالت دائمی تحت عمل جراحی لیزر در امتداد محور چشم.. 44