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2017 | OriginalPaper | Buchkapitel

7. Models of Diffusion and Heat Transfer

verfasst von : Socrates Dokos

Erschienen in: Modelling Organs, Tissues, Cells and Devices

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Abstract

This chapter describes the theory and techniques for modelling the transport processes of diffusion and heat in COMSOL. It begins with a summary of Fick’s Laws of diffusion and the physics of convective transport, before moving on to heat transfer and the bioheat equation, including Joule and dielectric heating by applied electric fields as well as the Arrhenius measure of tissue damage. Detailed examples in COMSOL are presented for uptake and diffusion in a spherical cell, drug delivery in a coronary stent, as well as RF atrial ablation. The chapter concludes with a set of problems and simulation exercises, with fully-worked answers provided in the solution section of the text.

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Fußnoten
1
German physiologist and physician, 1829–1901.
 
2
This interface is part of the optional Chemical Reaction Engineering Module.
 
4
French mathematician (1768–1830), best known for his instigation of Fourier series and Fourier transforms which he applied to problems of heat transfer.
 
5
Also referred to as the Pennes bioheat equation, named after Harry H. Pennes (1918–1963), who first introduced the mathematical description of the blood perfusion heat source component [10].
 
6
Due to Svante Arrhenius (1859–1927), a founder of the modern science of physical chemistry.
 
7
The effect of dielectric heating will be investigated further in Problem 7.4.
 
8
If you have installed COMSOL’s optional Heat Transfer module, it includes a bioheat transfer module incorporating the Arrhenius measure of tissue damage and other tissue damage indicators. In our example, however, we use COMSOL’s default Heat Transfer module and will implement the Bioheat equation and Arrhenius tissue damage measure directly.
 
Literatur
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Datta A, Rakesh V (2010) An introduction to modelling of transport processes: applications to biomedical systems. Cambridge University Press, Cambridge
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Kaul U, Bangalore S, Seth A, Arambam P, Abhaychand RK, Patel TM, Banker D, Abhyankar A, Mullasari AS, Shah S, Jain R, Kumar PR, Bahuleyan CG (2015) Paclitaxel-eluting versus everolimus-eluting coronary stents in diabetes. N Engl J Med 373(18):1709–1719CrossRef
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14.
Zemansky MW, Dittman RH (1997) Heat and thermodynamics, 7th edn. McGraw-Hill, New York
Metadaten
Titel
Models of Diffusion and Heat Transfer
verfasst von
Socrates Dokos
Copyright-Jahr
2017
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Buch
Modelling Organs, Tissues, Cells and Devices

Print ISBN: 978-3-642-54800-0

Electronic ISBN: 978-3-642-54801-7

Copyright-Jahr: 2017

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-642-54801-7_7

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    Bildnachweise