学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

舌体三维温度场的数值模拟及不确定分析

作　者: 王朝露
导　师: 诸凯
学　校: 天津大学
专　业: 工程热物理
关键词: 舌体生物传热中医舌诊血液灌注率代谢热有限元法三维温度场
分类号: R318.0
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 67次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

舌体的传热问题浓缩了人体脏器许多较为复杂的生理机制,对其进行深入研究必然会对当代中医舌诊的客观化作出贡献,更有助于生物传热研究的发展。本论文以研究舌体三维传热特性、获取舌体三维温度分布为目的,采用交叉学科的研究方法,通过铸型实验得到猪舌血管模型,用有限元法针对舌体的真实血管形态进行生物体三维温度场数值模拟。这对于计算传热学以及生物传热学研究都具有重要意义。本文应用红外热像仪和热电偶两种测温方法来保证生物体温度测量的精确性,利用CBI8000系列多普勒血流计等先进仪器测取生物物性参数。以获取的猪舌血管铸型为物理模型,通过完善舌体传热的边界条件,采用有限元法对猪舌三维温度场进行数值模拟,得到符合实际状况的舌体三维温度分布。这种物理建模方法在国内外生物传热研究计算中还是首次用到。最后对于获取的舌体三维温度场采用误差分析的方法讨论了多种物性参数和几何参数对温度分布的影响。在计算中从经典传热理论出发,推算出血液换热的等效换热系数,作为第三类边界条件施加到血管壁上,使计算结果更趋于合理。研究结果表明,舌体三维温度场与血管的分布密切相关,其总体温度分布趋势主要受舌体主干大血管的影响。直径小于0.33mm的血管在舌根和舌中部对舌面温度场影响很小,只有在舌尖处作用范围较大。血管分布的不确定性能引起舌体内部温度较大的不确定性。代谢热的作用是提高温升,对舌根的影响要大于对舌中和舌尖的影响,尤其在全舌温差不大的情况下,不可将其忽略。与组织导热系数和代谢热相比,表面换热系数和环境温度的变化能引起舌表面温度较大的不确定性。本文所采用的计算方法对进一步研究人舌传热特性具有重要的参考价值。本文的创新点在于,依据生物体真实的血管形态和真实的受热状态所进行的三维温度场数值模拟方法,目前在生物传热计算中尚不多见。其计算结果与热像测试得到的温度分布趋势基本一致,用此方法可以对多种形状复杂的生物体进行三维场的传热分析和计算。本论文得到国家自然科学基金(No50476067)资助。

全文目录

中文摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
第一章绪论  8-17
  1.1 蓬勃发展中的交叉学科——生物传热学  8-9
  1.2 生物传热学的重要研究方向  9-12
    1.2.1 生物传热模型  9-10
    1.2.2 生物体温度场重构  10-11
    1.2.3 血管传热研究概况  11-12
  1.3 生物体与环境间的传热  12-13
    1.3.1 辐射换热  12
    1.3.2 对流换热  12-13
    1.3.3 蒸发散热  13
  1.4 生物体三维温度场的研究现状  13-14
  1.5 中医舌诊客观化的研究  14-15
  1.6 热科学应用于中医舌诊的研究  15
  1.7 本论文的研究内容和方法  15-17
第二章实验研究  17-23
  2.1 人舌测温实验  17-19
    2.1.1 红外测温与热电偶测温  17
    2.1.2 实验对象  17
    2.1.3 实验仪器  17-19
    2.1.4 实验步骤  19
  2.2 猪舌参数与形态结构实验研究  19-20
    2.2.1 实验对象  19
    2.2.2 实验仪器  19
    2.2.3 实验步骤  19-20
  2.3 实验结果及讨论  20-22
    2.3.1 人舌测温结果  20-21
    2.3.2 猪舌血管铸型  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章舌体三维温度场数值计算  23-39
  3.1 有限元方法及有限元软件ANSYS  23-24
  3.2 数学建模  24-29
    3.2.1 数学模型  24-25
    3.2.2 边界条件  25
    3.2.3 方程及边界条件中各参数的确定  25-29
      3.2.3.1 血液等效换热系数h_e  25-28
      3.2.3.2 动脉血液温度 Ta 的确定  28-29
  3.3 三维温度场的数值计算  29-31
    3.3.1 舌体数字模型  29-30
    3.3.2 网格划分  30-31
    3.3.3 定义物性及施加载荷  31
      3.3.3.1 定义基本参数  31
      3.3.3.2 施加载荷  31
  3.4 计算结果及分析  31-38
    3.4.1 计算结果  31-33
    3.4.2 舌体温度分布规律及影响因素  33-36
    3.4.3 计算结果验证  36-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章舌体温度的不确定分析  39-53
  4.1 舌体温度的不确定因素  39
  4.2 误差计算的数学公式  39-40
  4.3 计算结果及讨论  40-51
    4.3.1 组织导热系数  40-42
    4.3.2 代谢热  42-44
    4.3.3 边界参数－舌表面换热系数与环境温度  44-46
    4.3.4 几何参数  46-51
      4.3.4.1 血管位置  46-49
      4.3.4.2 血管直径  49-50
      4.3.4.3 血管位置和直径的不确定性  50-51
  4.4 本章小结  51-53
第五章结论与展望  53-55
  5.1 结论  53-54
  5.2 展望  54-55
参考文献  55-59
发表论文和参加科研情况说明  59-60
附录  60-61
致谢  61

舌体三维温度场的数值模拟及不确定分析

内容摘要

全文目录

相似论文