مکانیک ساختارهای هوشمند

مکانیک ساختارهای هوشمند

تحلیل هیدرودینامیک و حرارتی نانوذرات مغناطیسی در جریان خون فرکشنال غیرنیوتنی در عروق تنگ‌شده با اعمال میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه فنی و مهندسی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران
2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران
10.30511/jmms.2026.2091219.1051
چکیده
هایپرترمی با نانوذرات مغناطیسی رویکردی غیرتهاجمی برای درمان سرطان پروستات است. اندازه‌گیری تهاجمی دما در بافت تومور دشوار بوده و استفاده از مدل‌های عددی مانند معادله انتقال حرارت زیستی پنس ضروری می‌باشد. نوآوری پژوهش، بررسی همزمان میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی بر جریان خون با رفتار ویسکوالاستیک فرکشنال درون رگ دارای تنگی موضعی است که تاکنون مدل‌سازی نشده است. با حل عددی معادلات ناویر-استوکس، انرژی و بقای جرم در کامسول، تأثیر دامنه و فرکانس میدان مغناطیسی، کسر حجمی و قطر نانوذرات اکسید آهن بر سرعت، دما و غلظت بررسی شد. افزایش غلظت نانوذرات یا دامنه میدان، تولید گرما را بهبود می‌بخشد. به ازای هر واحد افزایش شار حرارتی، دمای بافت پروستات ℃ 2/0 افزایش می‌یابد که تنظیم دقیق توان را برای دستیابی به محدوده درمانی ℃۴۱-۴۵ و جلوگیری از نکروز بافت‌های مجاور مانند رکتوم و مجرای ادراری ممکن می‌سازد. افزایش سرعت خون ورودی از m/s 1/0 به m/s 2/0، تنش‌های برشی دیواره را افزایش داده و در کسر حجمی 04/0، افت فشار در ناحیه تنگی را ۲۵ درصد بالا می‌برد که یک هشدار همودینامیک جدی محسوب می‌شود. زیرا در بیماران مسن با سابقه قلبی-عروقی، بار اضافی بر قلب تحمیل کرده و ضرورت شخصی‌سازی دوز نانوذرات و پایش فشار خون را آشکار می‌سازد. استفاده از کسرهای حجمی 02/0، 04/0 و 06/0 نانوسیال، ضمن بهبود انتقال حرارت، به افزایش افت فشار منجر می‌شود که در تجویز بالینی باید مدنظر قرار گیرد. چارچوب عددی ارائه‌شده، ابزاری پیش‌بینی‌کننده برای طراحی دوز شخصی‌شده نانوذرات و بهینه‌سازی پارامترهای میدان در درمان هایپرترمی سرطان پروستات محسوب می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Hydrodynamic and thermal analysis of magnetic nanoparticles in fractional non-Newtonian blood flow through stenosed vessels with applied magnetic and electric fields

نویسندگان English

Davood Domiri Ganji 1
Ali Salam Kheir-allah alhajami 2
Zohreh Asadi 2
1 Department of Mechanical Engineering, Babol Noshirvani University of Technology,Babol, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
چکیده English

Hyperthermia using magnetic nanoparticles offers a non‑invasive approach for prostate cancer treatment. Since invasive temperature measurement in tumors is challenging, computational models like Pennes bioheat transfer equation are required. The novelty lies in simultaneous investigation of magnetic and electric fields on fractional viscoelastic blood flow within a stenosed vessel not previously modeled. Using COMSOL, Navier‑Stokes, energy, and concentration equations were solved to examine effects of field amplitude/frequency, volume fraction (0.02, 0.04, 0.06), and particle diameter on velocity, temperature, and concentration. Results show increasing nanoparticle concentration or field amplitude enhances heat generation. Each unit increase in induced heat flux raises prostate temperature by 0.2 °C, enabling precise titration to therapeutic window (41–45 °C) while protecting adjacent tissues (rectum, urethra) from necrosis. Raising inlet velocity from 0.1 to 0.2 m/s increases wall shear stresses; at volume fraction 0.04, pressure drop across stenosis rises 25% relative to baselin. A serious hemodynamic alert for elderly cardiovascular patients, highlighting need for personalized dosing and monitoring. The proposed framework provides a predictive tool for personalized dosage and field optimization in prostate cancer hyperthermia.

کلیدواژه‌ها English

Magnetic nanoparticle hyperthermia
iron oxide
simulation
non-Newtonian fluid
prostate cancer treatment

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 18 مهر 1405