IBLM21

Lingua Insegnamento:

Italiano
Testi di riferimento:

Y.A. Çengel
Termodinamica e trasmissione del calore
McGraw-Hill Education, 2016
ISBN: 9788838615443

A.K. Datta
Heat and Mass Transfer: A Biological Context
CRC Press, 2017
ISBN: 9781138033603

Materiale distribuito durante il corso messo 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 processi termodinamici, dei meccanismi della trasmissione del calore e della termofluidodinamica dei sistemi biologici. Particolare enfasi verrà posta sui modelli di perfusione sanguigna e di interazione fototermica, finalizzati allo studio di tecniche di ablazione termica tramite sorgenti laser e radiofrequenze. Verrà approfondita anche la propagazione aerea di particelle di fluido mucosalivare veicolanti virus e l’inattivazione biologica di questi mediante radiazione UV.
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.
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:
Altre Informazioni:

Conduzione termica in regime stazionario e non stazionario.
Scambio termico nei tessuti biologici.
Equazioni della termofluidodinamica.
Convezione termica.
Irraggiamento termico.
Meccanismi combinati di scambio 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, modello di Pennes e Wulff, distribuzione di temperatura nell’avambraccio umano, comportamento termico del sistema muscolo-tessuto adiposo, vasodilatazione e vasocostrizione, interazione fototermica, postulato di Cattaneo-Vernotte, thermal wave, cenni al Local Thermal Non Equilibrium (LTNE) model.
Cinematica dei fluidi: velocità di deformazione e di dilatazione, definizione di fluido dal punto di vista meccanico, fluidi newtoniani e non-newtoniani, vorticità, 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.
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. Numeri di Nusselt e Stanton. Correlazioni di interesse pratico. Convezione naturale. Principali gruppi adimensionali di riferimento.
Definizioni generali di irraggiamento termico, corpo nero, corpo grigio, emissività, legge di Planck, legge di Wien. legge di Stefan-Boltzmann, legge di Kirchoff, linearizzazione della legge di Stefan-Boltzmann.
Trasmittanza termica, superfici alettate: distribuzione di temperatura lungo un’aletta. Efficienza ed efficacia.
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.