بررسی جریان و انتقال حرارت نانوسیال زیستی درون کانال شبه رگ تحت تاثیر نیروهای الکترومغناطیسی (mhd)

این تحقیق به بررسی جریان و انتقال حرارت نانوسیال زیستی درون کانال شبه رگ تحت تاثیر میدانهای الکترومغناطیسی (mhd) می پردازد. تا کنون جریان نانوسیال زیستی (خون به همراه نانوذرات) در حضور میدان های الکترومغناطیسی مطالعه نشده است و اطلاعات و خصوصیات ترموفیزیکی آن نیز موجود نمی باشد. با توجه به پیچیده بودن خون که مخلوطی از ذرات با ابعاد متفاوت از میکرومتر تا نانومتر می باشد و همچنین رفتار متفاوت خون در رگهای گوناگون بدن، بررسی آن بسیار پیچیده است. افزودن نانوذرات به آن پیچیدگی نانوسیال زیستی را دو چندان می کند. لذا هدف از این مطالعه، ابتدا بدست آوردن خصوصیات ترموفیزیکی نانوسیال زیستی و سپس بررسی اثرات میدان های الکترومغناطیسی بر جریان و انتقال حرارت نانوسیال زیستی می باشد. برای این منظور در فصل دوم نانوذرات و مدلهای پیش بینی خواص ترموفیزیکی آنها مورد بررسی قرار گرفتند. این مدلها همگی برای سیالات مرسوم انتقال حرارت مانند آب، اتیلن گلیکول بوده و برای خون ارائه نشده اند. لذا در فصل سوم خون و اجزای آن، رگ های بدن و خواص ترموفیزیکی خون شامل چگالی، ویسکوزیته، گرمای ویژه، هدایت گرمایی و هدایت الکتریکی مطالعه و بررسی شده اند. در انتهای این فصل با توجه به خصوصیات خون، مدل مناسب برای پیش بینی ضریب هدایت حرارتی موثر و ضریب هدایت الکتریکی موثر نانوسیال زیستی برای استفاده در شبیه سازی جریان ارائه شده است. این مدل ها تطابق خوبی با خواص خون و اجزای آن دارند. در فصل چهارم به بررسی میدانهای الکترومغناطیسی و تاثیر آن بر جریان و انتقال حرارت سیالات مرسوم و خون اختصاص دارد. در فصل پنجم هندسه مساله مورد بررسی، خواص ترموفیزیکی نانوسیال زیستی و مدلهای مورد استفاده برای آنها، معادلات حاکم و شرایط مرزی به طور کامل شرح داده شده اند. معادلات مورد بررسی شامل معادلات پیوستگی، مومنتوم، انرژی و ماکسول می باشند. برای لحاظ کردن اثر نیروهای الکترومغناطیسی اعمال شده به کانال، معادلات ماکسول مطابق با فیزیک مساله ساده شده اند و نیروهای ناشی از حضور آنها به صورت ترم منبع در معادلات مومنتوم و انرژی ظاهر می شوند. در ادامه در فصل ششم روش عددی مورد استفاده معرفی شده است. کد کامپیوتری مورد استفاده با به کارگیری روش حجم محدود و بر پایه الگوریتم simple جریان و انتقال حرارت نانوسیال زیستی (خون به همراه نانوذرات) را شبیه سازی می کند. در فصل هفتم نتایج عددی حاصل از شبیه سازی عددی جریان نانوسیال زیستی مورد مطالعه قرار گرفته اند. در این نتایج تاثیر پارامترهای میدان های الکترومغناطیسی (mhd) و خواص ترموفیزیکی نانوسیال زیستی بر جریان وانتقال حرارت بررسی شده اند. نتایج نشان می دهند که حضور میدان های الکترومغناطیسی در کانتور سرعت و فشار جریان خون در کانال تغییری ایجاد نمی کند. این امر به سبب کوچک بودن ترم منبع در معادله مومنتوم است. بررسی شرایط مرزی حرارتی دیواره ها نشان می دهند که گرما دادن به دیواره برای کاربردهای پزشکی مناسب نمی باشد. در حالی که در حضور نیروهای الکترومغناطیسی، گرما گرفتن از دیواره کانال باعث حفظ دمای خون در محدوده طبیعی خواهد شد. همچنین عامل تعیین کننده حداکثر دمای جریان, میدان الکتریکی اعمال شده به کانال می باشد. علی رغم تاثیرپذیری زیاد دما از میدان الکتریکی، تغییرات چگالی شار مغناطیسی بر دما تاثیری ندارند. این امر می تواند برای برخی کاربردهای پزشکی مهم و موثر باشد. نتایج حاصل از بررسی نانوسیال زیستی (خون به همراه نانوذرات اکسید آلومینیوم) نشان می دهند که در درصد حجمی های زیر یک درصد (مورد استفاده در کاربردهای پزشکی) تغییرات خواص ترموفیزیکی نانوسیال زیستی نسبت به سیال پایه کم می باشد. سرعت و دمای نانوسیال نیز تفاوت چندانی با سرعت و دمای خون در کانال ندارند. ضمنا افزودن نانوذرات به خون بر سرعت و دمای آن تحت تاثیر میدانهای الکتریکی تاثیر بسیار ناچیزی دارد. لذا در کاربردهای پزشکی می توان به اهداف دارورسانی ضمن عدم تغییر در سرعت و دمای جریان دست یافت. نتایج نشان می دهند که تغییر اندازه شار حرارتی دیواره تاثیر چندانی در حداکثر دمای نانوسیال زیستی ندارد. به بیانی دیگر تاثیر شار حرارتی روی دمای سیال نسبت به تاثیر میدانهای الکترومغناطیسی ناچیز می باشد. از نتایج حاصل از این پایان نامه می توان برای یافتن مدل مناسب نانوسیال زیستی و شناخت رفتار جریان و انتقال حرارت نانوسیال زیستی تحت تاثیر نیروهای الکترومغناطیسی در کاربردهای پزشکی مانند نانو دارو رسانی استفاده نمود.