تعیین ضریب انتقال‌ حرارت همرفتی در سوراخکاری استخوان فمور انسان در حضور نرمال‌سالین و بررسی پارامترهای موثر درآن

این تحقیق به تحلیل سوراخکاری در استخوان فمور انسان برای تعیین ضریب انتقال حرارت جابجایی و بررسی بروز نکروز حرارتی پرداخته است. شبیه‌سازی سه‌بعدی سوراخکاری در حالت جابجایی طبیعی با هوا و جابجایی اجباری با نرمال‌سالین برای سه نرخ پیشروی 50، 100 و 150 میلیمتر بر دقیقه در سه سرعت دورانی500، 1000 و 2000 دور بر دقیقه انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد که در حالت خنک‌کاری طبیعی، بیشترین حرارت تولیدی 4 ژول در نرخ پیشروی50 میلیمتر بر دقیقه و سرعت دورانی 500 دور بر دقیقه و کمترین مقدار آن 1/65 ژول در نرخ پیشروی 150 میلیمتر بر دقیقه و سرعت دورانی 2000 دور بر دقیقه است. حداکثر اختلاف ضریب انتقال حرارت جابجایی میانگین در مقایسه با نتایج تجربی %12/5 است که نشان از دقت خوب نتایج حاضر دارد. همچنین نتایج نشان می‌دهد که ضریب انتقال حرارت جابجایی میانگین در نرخ‌های پیشروی 100 و 150 میلیمتر بر دقیقه به ترتیب ٪55 و ٪29/1 بیشتر و در 50 میلیمتر بر دقیقه ٪5 کمتر از مقدار 20 وات بر مترمربع کلوین است که در تحقیقات قبلی ثابت در نظر گرفته شده است. همچنین در تمامی شرایط خنک‌کاری طبیعی نکروز حرارتی بروز می‌دهد. در خنک‌کاری اجباری بیشترین ضریب انتقال حرارت میانگین در نرخ پیشروی 150 میلیمتر بر دقیقه در سرعت دورانی2000 دور بر دقیقه برابر با 3650 وات بر مترمربع کلوین بدست آمده و در تمامی شرایط این حالت دمای استخوان از دمایی که باعث نکروز حرارتی ‌شود، کمتر است.

determination of convective heat transfer coefficient in human femur bone drilling in the presence of normal saline and evaluation of effective parameters

this research has analyzed the drilling process in the human femur bone to determine the heat transfer coefficient and occurrence or non-occurrence of thermal necrosis. 3d drilling simulation has carried out naturally with air and force convection with normal-saline and the analysis was performed for three feed rates of 50, 100, and 150 millimeters per minute(mm/min) at speeds of 500, 1000, and 2000 rotation per minute(rpm). the results show that in natural cooling, the highest generated heat is equal to 4 joule at 50mm/min and 500rpm while the lowest value of generated heat is 1.65 joule at 150mm/min and 2000rpm. the maximum difference of the average heat transfer coefficient with the experimental results is 12.5%, which represents a good accuracy of the present results. the results also show that the average heat transfer coefficient at 100 and 150mm/min is 55% and 29.1% more, respectively, and it is 5% less at 50mm/min compared to the constant value of 20  w/ m2 k, which is considered in the previous researches. also, thermal necrosis occurs under all conditions of natural cooling. in  forced cooling, the highest average heat transfer coefficient with normal-saline is 150mm/min at a speed of 2000rpm, which is equal to 3650 w/ m2 k, and in all conditions, the bone temperature has not exceeded the temperature limit of thermal necrosis.