Numerical solution of non-linear dual-phase-lag bioheat transfer equation within skin tissues

生物传热 无量纲量 指数函数 传热 热力学 机械 指数衰减 数学 材料科学 数学分析 物理 核物理学
作者
Dinesh Kumar,P. Kumar,K.N. Rai
出处
期刊:Mathematical biosciences [Elsevier BV]
卷期号:293: 56-63 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.mbs.2017.08.009
摘要

This paper deals with numerical modeling and simulation of heat transfer in skin tissues using non-linear dual-phase-lag (DPL) bioheat transfer model under periodic heat flux boundary condition. The blood perfusion is assumed temperature-dependent which results in non-linear DPL bioheat transfer model in order to predict more accurate results. A numerical method of line which is based on finite difference and Runge-Kutta (4,5) schemes, is used to solve the present non-linear problem. Under specific case, the exact solution has been obtained and compared with the present numerical scheme, and we found that those are in good agreement. A comparison based on model selection criterion (AIC) has been made among non-linear DPL models when the variation of blood perfusion rate with temperature is of constant, linear and exponential type with the experimental data and it has been found that non-linear DPL model with exponential variation of blood perfusion rate is closest to the experimental data. In addition, it is found that due to absence of phase-lag phenomena in Pennes bioheat transfer model, it achieves steady state more quickly and always predict higher temperature than thermal and DPL non-linear models. The effect of coefficient of blood perfusion rate, dimensionless heating frequency and Kirchoff number on dimensionless temperature distribution has also been analyzed. The whole analysis is presented in dimensionless form.

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