Numerical simulation of heat transfer in a canine knee joint in thermal neutrality: analysis of the influence of different values of blood perfusion and considerations of the blood perfusion rate / Simulação numérica da transferência de calor na articulação do joelho canino em neutralidade térmica: análises das influências dos diferentes valores de perfusão sanguínea e das considerações da taxa de perfusão sanguínea

ABSTRACT

This study aimed to simulate heat transfer in thermal equilibrium in the canine knee joint. We analyzed the impact of different values of blood perfusion available in the literature and considered blood perfusion rates. The geometric models of canine knee joints were created from a photographic record of a cross section of an anatomical part. Two geometric models were developed one without the epidermis and one with the epidermis. A heat diffusion equation was used to model the heat transfer phenomenon. Numerical simulations of the canine knee in a thermal neutrality condition were performed using the ANSYS-CFX® program. The simulation results were compared with experimental in vivo data. The smaller percentage differences between the experimental and simulated in vivo results were found in simulations that used the blood flow rate as a function of temperature. The computer simulation proved to be a good alternative to evaluate the temperature of biological tissues.

RESUMO

O presente trabalho visa simular a transferência de calor, em equilíbrio térmico, na articulação do joelho canino e analisar o impacto dos diferentes valores de perfusão sanguínea disponíveis na literatura e das considerações da taxa de perfusão sanguínea. Os modelos geométricos da articulação do joelho canino foram criados com base em um registro fotográfico de um corte transversal de uma peça anatômica. Foram desenvolvidos dois modelos geométricos 1- sem epiderme e 2 ­ com epiderme. A equação de difusão de calor foi utilizada para modelar o fenômeno de transferência de calor. As simulações numéricas do joelho canino na condição de neutralidade térmica foram realizadas utilizando o programa ANSYS-CFX®. Os resultados da simulação foram comparados com os dados experimentais in vivo. As menores diferenças percentuais, entre o experimento in vivo e os resultados simulados, foram encontradas nas simulações que utilizaram a taxa de perfusão sanguínea em função da temperatura. A simulação computacional mostrou-se uma boa alternativa para avaliar a temperatura dos tecidos biológicos.