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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Uso de Funções de Green no estudo da biotransferência de calor tridimensional considerando efeitos de perfusão sanguínea e metabolismo
Alternate title (s): Green Function based solution of the threedimensional bioheat transfer problem considering perfusion and metabolism
Author: Oliveira, Eduardo Peixoto de
First Advisor: Guimarães, Gilmar
First member of the Committee: Silva, Sandro Metrevelle Marcondes de Lima e
Second member of the Committee: Araújo, Cleudmar Amaral de
Summary: Este trabalho dedica-se à obtenção de soluções analíticas de problemas de biotransferência de calor usando Funções de Green (FG). O estudo leva em consideração os efeitos decorrentes da pulsação do sangue no interior de um tecido in vivo, conhecida como perfusão sanguínea, combinada com os efeitos metabólicos inerentes do organismo. O primeiro efeito é tomado como sendo proporcional à diferença entre as temperaturas do tecido e do interior do corpo e o segundo como termo-fonte na equação da difusão do calor. A equação da difusão de calor quando construída seguindo tais hipóteses é conhecida como Modelo de Pennes para a Biotransferência de Calor. O uso de Funções de Green como técnica de obtenção de soluções analíticas justifica-se pela possibilidade de obtenção de soluções dos mais diversos tipos de problemas de condução de calor com geometrias ortogonais, condições de contorno não homogêneas e podendo, ainda, variar com o tempo e o espaço. O problema tratado é tridimensional e transiente, e, com o uso de Funções de Green, pode-se resolvê-lo indentificando o tipo de problema em cada uma das direções e escrever a equação-solução em termos da superposição das Funções de Green correspondentes em cada caso. Apresentam-se neste trabalho a fundamentação teórica da técnica, resolução e validação de problemas unidimensionais e a obtenção do campo de temperaturas em um domínio representativo de um tecido biológico tridimensional, bem como sua verificação intrínseca. O uso das FG auxilia também na interpretação dos termos da equação-solução do problema e, uma vez tendo-se em mãos uma solução exata, pode-se utilizá-la na implementação de rotinas computacionais com o intuito de redução de custos computacionais e aumento da precisão.
Abstract: The present work rely on presenting analytical solutions for bioheat transfer problems using Green's Functions (GF). In the modeling process for an in vivo tissue, both metabolism and blood perfusion effects were considered. The first was taken as a heat source and, the other is modeled as proportional to the temperature difference between the body core and the tissue. The classic conduction equation when combined with those two assumptions is named Pennes' Bioheat transfer model. Using Green's function for obtaining the equation solution for this problem is justified for the possibility of its use in many different geometries and boundary conditions that could be both heterogeneous or time-spacing dependent. The problem solved is 3-D time-dependent, and, with GF it can be treated as three independent problems in each direction so the equation-solution would be simply the superposition for the correspondent GF in each direction, just multiplying each other. Also the theoretical bases of the technique, 1-D problems solution and verification and the 3-D transient problem in a domain corresponding a biological tissue, so as its intrinsic verification are presented. By using GF as the way for obtaining the analytical solution of heat conduction problems it can help in understanding the physical meaning of each term of the equation-solution and, once the exact solution is obtained, one can use it to build computational routines and codes in order to reduce the computational cost and improve accuracy.
Keywords: Analytical solution
Heat conduction
Bioheat transfer
Green's Functions
Condução de calor
Funções de Green
Solução analítica
Biotransferência de calor
Engenharia mecânica
Calor - Condução
Green, Funções de
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: OLIVEIRA, Eduardo Peixoto de. Uso de Funções de Green no estudo da biotransferência de calor tridimensional considerando efeitos de perfusão sanguínea e metabolismo. 2018. 100f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1217
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1217
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/23813
Date of defense: 26-Jun-2018
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