Geri Dön

Approximate lumped parameter model for bioheat equation

Bioısı transferi denkleminin toplu parametre yöntemi ile modellenmesi

  1. Tez No: 831971
  2. Yazar: SİMAY AKAY
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN ERTÜRK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 79

Özet

İnsan vücudundaki çeşitli sistemlerin analizi de dahil olmak üzere, literatürdeki birçok modelleme çalışmasında kolay uygulanabilirlik yönüyle toplu parametre yöntemi tercih edilir. Ancak, termal dirençler ısı üretimi olan sistemlerde kullanılmadığından, biyoısı transferi modellenmesinde bu yönteminin kullanımı oldukça sınırlıdır. Bu çalışma toplu parametre modellerinin insan vücudundaki biyoısı transferini incelemek için de kullanılabileceğini göstermektedir. Bu amaçla kol, bacak ve kafa modellenerek ve bu bölümlerdeki dokuların sıcaklıkları analitik çözüm, numerik çözüm ve toplu parametre yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Modeller hem dinlenme hem de egzersiz koşulları altında incelenmiştir. Kol, bacak ve başı temsil etmek için sırasıyla 4 katmanlı silindirik ve küresel modeller kullanılmış, bu modeller kan akışı, konveksiyon, radyasyon ve terlemenin etkilerini içerecek şekilde geliştirilmiştir. Analitik yöntem, numerik yöntem ve toplu parametre yöntemi ile elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında dinlenme sırasında kol ve bacak için maksimum hata 0,4°C olarak belirlenmiş olup, egzersiz sırasında ise bu değer 1°C olarak hesaplanmıştır. Baş için hesaplanan hata ise 1,5°C'yi geçmemiştir. Maksimum hatanın gözlendiği dokular kol/bacak ve kafa için sırasıyla yağ ve kemik dokusudur. Deri ve çekirdek vücut sıcaklıkları için bu değer çok daha düşüktür. Yapılan analizlerde, kan akışı, terleme, radyasyon ve konveksiyon gibi farklı sıcaklık dengeleyici sistemlerin etkileri de incelenmiş, kan akışının etkisinin bütün dokularda çok baskın olduğu, ancak diğer mekanizmaların en dıştaki katmanlarda daha etkili olduğu gözlenmiştir. Toplu parametre yöntemi, ileride atımlı kan akışını ve zamana bağlı değişiklikleri de içeren daha karmaşık modellerin incelenmesinde de kullanılabilir. Bu gibi karmaşık sistemler düşünüldüğünde toplu parametre yönteminin analitik ve numerik çözümlerden daha pratik ve avantajlı olduğu söylenebilir.

Özet (Çeviri)

Lumped parameter modeling is a good alternative for analytical and numerical models, providing simple, and accurate results in many applications, including analysis of biological systems in the human body. However, the use of lumped parameter models in the bioheat transfer is very limited, as the thermal resistances are only valid for systems with no heat generation and biological tissues often have metabolic heat production. This study shows that the lumped parameter models can be used for examining the bioheat transfer in the human body. For this purpose, the arms, legs, and head were modeled and temperatures of the tissues within these body parts are determined by using analytical, numerical, and lumped parameter modeling. The models are examined for resting and exercise conditions. 4-layered cylindrical and spherical models are used for representing the limbs and the head, respectively. These models include the blood flow, convection, radiation, and perspiration. Comparison of the results obtained with analytical, numerical, and lumped parameter methods showed that the deviations between the results of different methods are not significant. Maximum error for the limbs during rest is determined as 0.4°C, and it is not more than 1°C, during exercise. The error for the head is slightly higher but does not exceed 1.5°C. Maximum deviations are observed at the fat and bone tissue for limbs and head, respectively. The errors for skin and core are much lower. Furthermore, the effects of thermoregulatory systems such as blood flow, sweating, radiation, and convection are also examined throughout the analysis. It is observed that the effect of blood flow is very dominant at the core, but other mechanisms are more effective at the outermost layers than the core instead. Lumped parameter method will be more useful when more complex systems with pulsating blood flow and transient changes are considered.

Benzer Tezler

  1. Friction dynamics of adhesive fibrillar contact

    Adeziv fibrilli kontağın sürtünme dinamiği

    TURGAY ERAY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İLKER MURAT KOÇ

  2. Development of interior ballistic simulation software

    İç balistik simulasyon yazılımı geliştirilmesi

    FAİK DANIŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET HALUK AKSEL

    DR. MEHMET ALİ AK

  3. 600 MWe gücünde PWR tipi bir nükleer reaktör kalp öndizayn analizi

    Başlık çevirisi yok

    FARZAD REZAEİ BASHARAT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1996

    Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    DOÇ. DR. AKİF ATALAY

  4. Simetrik konsollu köprü ayaklarının temel ivmeleri altında dinamik ve spektral analizi

    Başlık çevirisi yok

    HAVVA ÜLKÜ ŞENEL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZEKİ HASGÜR

  5. Robust and intelligent control of unmanned aerial vehicles

    İnsansız hava araçlarının akıllı ve gürbüz kontrolü

    ABDURRAHMAN BAYRAK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolHacettepe Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ÖNDER EFE