基于有限元的舌体三维温度场数值模拟

依据生物体自然形态所进行的三维温度场建构与计算是近年来国内外生物传热研究中的焦点之一.采用血管铸型的方法获取猪舌的血管树,通过数码成像及逆向建模将其转换为计算机可识别的数字模型.以Pennes方程为基准方程,对自然形态和实际传热状态下的舌体三维温度场进行了重构计算,并获得成功.通过此方法可获取其它生物体器官三维空间的温度分布,对本研究而言,舌体三维温度场计算的成功为探索生物传热与中医舌诊的机理研究搭建了技术平台.     

舌模型建构与三维温度场数值模拟初探

舌体的三维温度场的建立可直观反映全舌空间温度的分布情况,能够深层次分析全舌的传热特性。本文选择猪舌为实验研究对象,建构舌体真实血管分布的物理模型为计算机可识别的数字模型,在此基础上用有限元方法对舌体三维温度场的数值模拟做了初步探索。讨论了血管形状分布,血液灌注率,代谢热与生物体三维温度场变化规律的相关性。     

基于模拟方法生成血管树的人舌三维温度场数值模拟

采用分步模拟方法生成血管树并以此作为物理模型,进行舌体三维温度场的实验研究与数值计算。计算分为舌体组织和血液温度场数值模拟两部分,相应数学模型也包括舌体组织控制方程、血液控制方程及两者之间的耦合方程。在考虑了血液与组织间的耦合换热,舌津液蒸发的影响基础上,采用数值模拟得到的舌面对流换热系数,使计算结果与红外热像验证极为近似。以模拟方法生成的血管树替代生物体的血管铸型,在某种意义上说将生物体三维传热计算方法的研究推向了一个新的层面。     

舌横纵剖面温度场的实验研究与计算

用红外热成象技术与动物实验等多种方法对舌体的生物传热特性进行了研究。结合中医舌诊机理,用有限元法计算了猪舌内部横、纵剖面的二维温度场。结果表明,舌体传热的特征是温度梯度由舌根到舌尖较大,沿舌厚度方向较小,舌体温度分布受血管分布和血管截面积的影响。得到的舌表面温度场与横纵剖面温度场之间的关系,为结合病症对人舌温度场进行分析计算提供了思路和依据。     

激光诱导间质热疗中生物组织的温度场研究

激光诱导间质热疗疗效评估的前提是必须获得准确的激光在不同功率、不同照射时间的生物组织温度场分布.利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics构建了在组织光学参量不变情况下的三维有限元传热模型.该模型基于Pennes生物传热方程和轴对称高斯形状的激光光束热源方程,参量针对离体猪肝组织,考虑到了生物组...     

激光诱导间质热疗中生物组织的温度场研究

激光诱导间质热疗疗效评估的前提是必须获得准确的激光在不同功率、不同照射时间的生物组织温度场分布.利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics构建了在组织光学参量不变情况下的三维有限元传热模型.该模型基于Pennes生物传热方程和轴对称高斯形状的激光光束热源方程,参量针对离体猪肝组织,考虑到了生物组织热物性密度、比热和热导率随温度变化的情况.仿真获得激光功率为0.77 W、0.95 W、1.23 W,照射时间为10~90 s,径向距离0~2 mm范围和轴向距离0~4 mm范围的温度场数据集.利用拟合算法,获得了自变量为激光功率、照射时间、径向距离和轴向距离的生物组织温度场分布模型.将功率为0.88 W和1.05 W时的结果与Pennes方程结果相比较,两者误差在5%以内.     

人舌动脉三维血管树建立方法研究

用血管树作为内热源进行生物体三维温度场重构是一种较为精确的生物传热计算方法.以人舌血管铸型为模板,采用数学方法分步建立其血管树.根据统计规律建立形态走向复杂的舌深动脉和一级分支血管,然后依据生理组织结构规律和优化原则生成其它血管.与实际人舌血管铸进行对比,结果表明:该方法建立的血管树符合人舌血管树的生理结构.用此方法可以替代生物体血管铸型实验,生成具有不同形态特征的血管系统,为深入研究生物体内部的传热特性提供了基础.     

磁热耦合下血管对温度场分布的影响

结合血液流动的Navier-Stokes方程与人体组织的Pennes生物传热方程建立了球形肿瘤组织的多物理场耦合模型,研究了血管分布位置、血管半径和血液流速等因素对肿瘤组织温度场和治疗效果的影响。结果表明：在热疗过程中,血管会对肿瘤组织产生冷却效果;同时血管的半径和血流速度的变化也会影响肿瘤区域的温度场分布,随着血管半径和血流速度的增加,血管附近的温度值越低。此外,相比外部血管,肿瘤内部血管对肿瘤区域具有更明显的降温效果,对热疗效果的不利影响也更强。     

无创测取舌温与人舌血液灌注率的计算分析

无创获取生物体变物性参数的方法,是生物传热研究的难题之一。本文提出了利用人舌红外热图优化计算舌血液灌注率的方法。通过热象仪测取人舌的二维温度场,根据给定的某些物性参数用生物传热模型进行逆运算,从而确定出人舌的血液灌注率。     

紧凑式回热器传热及流动特性

本文以高紧凑度的锯齿形板翅式回热器为研究对象,建立导热-对流耦合传热问题的三维数学模型,并采用整体求解法在Re=200-2000的范围内进行数值离散和求解,得出速度场和温度场的分布,分析入口段以及交错翅片处强化传热的机理．     

大学一年级物理实验教学的对策

分析了中学物理实验教学现状,指出大学与中学物理实验教学衔接存在的问题,根据现代教育理论,提出了大学一年级物理实验教学的对策。     

自制动量矩守恒演示仪

本文介绍了一种自制的动量矩守恒演示仪，该仪器具有小巧、美观、灵活、稳定、方便等特点。     

用分光计测棱镜折射率的不确定度评定

本文根据国内不确定度概念在物理实验中的简化作法，对用分光计测棱镜折射率实验进行了不确定度的分析。     

力学量算符的本征函数的计算

给出一种利用升或降算符力学量算符本征函数一般表达形式的方法，这种方法比其它方法简单得多。     

钨酸锌激光晶体的光谱测量

用基质晶片作参比,测量了Cu+、Er3+等离子激活的钨酸锌晶体的光谱,并进行了分析讨论,发现激活离子与基质晶格之间存在能量传递过程.晶体在可见光区有比较强的荧光.     

落球法测液体的粘滞系数小球收尾速度的研究

从理论上推导了在液面下的小球何时达到收尾速度公式，并给出一组实验数据，得出小球从液面自由下落时很快能达到收尾速度的结论。     

溶液折射率公式的一种验证方法

给出了通过阿贝折射仪测溶液折射率和百分比浓度来验证其折射率公式的一种方法。     

固定化光合细菌包埋颗粒内底物传输特性

本文分析了在不同操作条件下固定化光合细菌包埋颗粒内的底物传输特性,得到入射光照强度、培养温度和培养基pH值等操作参数对包埋颗粒内底物传输Thiele模数、内扩散有效因子的影响.分析发现Thiele模数随实验参数变化呈先增加后下降变化趋势,内扩散有效因子则呈相反的变化趋势,表明了当操作条件越适于光合细菌生长代谢,内扩散速率对包埋颗粒内底物消耗的限制性影响越明显.较低的Thiele模数表明包埋颗粒内底物消耗主要为反应控制过程.     

晶柱粘连对CsI:Na转换屏分辨特性的影响

本文用MonteCarlo方法研究了CsI:Na转换屏中晶柱之间的粘连对其空间分辨特性的影响,给出了不同粘连程度下可见光在转换屏中的点扩展函数及相应的MTF曲线.通过几种不同粘连系数下模拟结果的比较可见,要获得一个高分辨的转换屏应尽可能减小晶柱之间的粘连.对于一个实际的转换屏其粘连系数至少应在40%以下,最好控制在20%以内.     

B掺杂对Ni原子溅射产额的影响

用卢瑟福背散射技术研究了Ni基体中掺B对离子溅射产额的影响。实验结果发现掺B后Ni原子的溅射产额Y比未掺B的纯Ni样品有明显减少。虽然这种溅射产额差值ΔY与Painter和Averill(P-A)理论模型分析结果定性符合,但实验产额减小值却大于P-A模型的预言。为解释实验结果,注意到溅射靶点表面形貌对减小或增大溅射产额的明显作用,认为实际的产额减小很可能是由于结合能和表面形貌等因素的协同效应。 关键词：