IBLM21

Lingua Insegnamento:

ITALIANO
Testi di riferimento:

Valerio D'Alessandro,
Lezioni di Termofluidodinamica dei Sistemi Biologici,
Esculapio, 2026.
ISBN: 978-8893855075

Slides del corso messe a disposizione su https://elearning.unich.it/
Obiettivi formativi:

Nell’ambito della formazione ingegneristica, l’insegnamento consentirà di conoscere i principi che stanno alla base dei dei meccanismi di scambio termico e della termofluidodinamica in ambito biomedicale. Particolare enfasi verrà posta sui modelli di perfusione sanguigna e di interazione fototermica, finalizzati allo studio di tecniche di ablazione termica tramite sorgenti laser, radiofrequenze e microonde. Verrà affrontata la problematica dell'intolleranza ortostatica per studiare il comportamento del sistema cardiocircolatorio in condizioni di microgravità. Verrà approfondita anche la propagazione aerea di particelle di fluido mucosalivare veicolanti virus e l’inattivazione biologica di questi mediante radiazione ultravioletta.
Al termine del corso gli studenti svilupperanno la capacità di studiare problemi termofluidodinamici legati a trattamenti invasivi e non sul corpo umano quali, ad esempio, la fotocoagulazione laser o la crio-chirurgia. In particolare, saranno in grado di scegliere le condizioni ottimali per il raggiungimento dei risultati attesi nei suddetti trattamenti. Inoltre, gli studenti acquisiranno la capacità di analizzare le criticità legate all'adattamento del corpo umano in condizioni di microgravità e saranno in grado di sviluppare tecniche e dispositivi di mitigazione di tale problematica. Infine, gli studenti acquisiranno competenze nell'analisi termofluidodinamica della diffusione aerea di virus e svilupperanno competenze nella progettazione apparati di disinfezione tramite radiazione UV.
Prerequisiti:

L’insegnamento prevede la padronanza degli strumenti matematici di base tipici dell'ingegneria, quale requisito fondamentale per la piena comprensione degli argomenti trattati durante il corso.
Metodi didattici:

L’insegnamento verrà erogato tramite lezioni frontali ed esercitazioni svolte in aula.
Modalità di verifica dell'apprendimento:

L'esame consiste in una prova orale, durante la quale vengono proposti quesiti riguardanti aspetti teorici e applicativi della termofluidodinamica dei sistemi biologici. Può anche essere richiesto lo svolgimento, durante la prova orale, di esercizi analoghi a quelli svolti durante il corso. Vengono valutate la comprensione degli aspetti teorici, la capacità di legare la teoria alle applicazioni ingegneristiche della termofluidodinamica e la capacità di utilizzare strumenti di uso pratico quali tabelle e grafici. Il voto complessivo tiene conto della conoscenza della materia, della chiarezza espositiva e dell’utilizzo di un adeguato linguaggio tecnico, nonché della capacità autonoma di elaborazione e soluzione dei problemi.
Sostenibilità:
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile:

Questo insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile
Altre Informazioni:

Conduzione termica in regime stazionario e non stazionario.
Scambio termico nei tessuti biologici.
Equazioni della termofluidodinamica.
Intolleranza ortostatica.
Convezione termica.
Irraggiamento termico.
Termofluidodinamica delle malattie infettive.

Postulato di Fourier, equazione generale della conduzione termica, scambio termico conduttivo 1D in regime stazionario in strati piani e cilindrici, scambio termico conduttivo con generazione interna in uno strato piano, tecniche individuazione del melanoma, protezione crio-chirugica.
Caratterizzazione di un transitorio termico: stato iniziale, intermedio e finale, metodo a parametri concentrati con e senza perfusione sanguigna, mezzo semi-infinito, distanza di estinzione, temperatura di contatto fra due mezzi semi-infiniti, fotocoagulazione laser della retina.
Danneggiamento cellulare per effetti termici, modelli di perfusione sanguigna di Pennes e Wulff, comportamento termico del sistema muscolo-tessuto adiposo, vasodilatazione e vasocostrizione, interazione fototermica, postulato di Cattaneo-Vernotte, thermal wave, trattamenti termici mediante sorgenti laser, radiofrequenze e microonde.
Cinematica dei fluidi: definizione di fluido dal punto di vista meccanico, fluidi newtoniani e non-newtoniani, strato limite termico e cinematico, flusso laminare e turbolento.
Equazione logica del bilancio, flusso convettivo e diffusivo. Equazione di conservazione della massa, di Navier-Stokes e dell’energia in regimi incomprimibili. Soluzione delle equazioni di Navier-Stokes nella regione pienamente sviluppata in flussi interni in regime laminare. Valutazione delle perdite di carico continue in condotto a parete rigida. Effetto Farehus-Lindqvist.
Intolleranza ortostatica: effetto della gravità sulla pressione arteriosa e flusso sanguigno, decondizionamento cardiovascolare in microgravità, approccio resistivo-capacitivo per lo studio del flusso ematico, strumenti e tecniche di mitigazione.
Legge di Newton e definizione di coefficiente di scambio termico convettivo, distribuzione del coefficiente di scambio termico convettivo e del coefficiente di attrito lungo una lastra piana in convezione forzata. Numero di Nusselt e correlazioni di interesse pratico. Convezione forzata in un condotto e implicazioni sui modelli di perfusione sanguigna.
Definizioni generali di irraggiamento termico, corpo nero, corpo grigio, emissività, legge di Planck, legge di Wien, legge di Stefan-Boltzmann, termografia infrarossa.
Meccanismi di generazione delle droplets di fluido mucosalivare, bilancio di quantità di moto, massa ed energia sulla singola droplet, propagazione aerea di particelle di fluido mucosalivare veicolanti virus. Inattivazione biologica mediante UV.