Air flow and Thermal distribution in An Infant incubator Analysis By Using Finite Element Method

1. Air flow and Thermal distribution in An Infant incubator AnalysisBy Using Finite Element Method การวิเคราะห์และการเปรียบเทียบการกระจายของอุณหภูมิและการไหลของอากาศภายในตู้อบเด็กแรกเกิด โดยระเบียบวิธีไฟไนท์อิลิเมนท์ ณิชาภัทร ช่วยชูหนู สมศรี ดาวฉาย รศ.ดร.มนัส สังวรศิลป์, รศ.ดร.ชูชาติ ปิณฑวิรุจน์ หลักสูตร วศ.ม. สาขาวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ชีวการแพทย์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง

2. Outline Introduction Theory Modeland Metrology Simulation & Results Future work

3. Introduction

4. ส่วนต่างๆ ของตู้อบเด็ก แบ่งเป็น 3ส่วนใหญ่ๆ ห้องใช้งาน (Infant Chamber/Hood) ห้องควบคุม (Control Unit/Section) ตู้ (Cabinet) Cabinet Hood Control

5. ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับตู้อบเด็กความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับตู้อบเด็ก • ทารกคลอดก่อนกำหนด (premature baby) น้ำหนักตัวน้อย, การเจริญเติบโตยังไม่สมบูรณ์ ทารก <750 กรัม – >2000กรัม • เป็นตู้ควบคุมสิ่งแวดล้อมให้ทารก อุณหภูมิ, ความชื้น  ครรภ์มารดา การหมุนเวียนอากาศ

6. วัตถุประสงค์และการใช้งานวัตถุประสงค์และการใช้งาน • ขณะใช้งาน  สะดวก รวดเร็ว • อุณหภูมิ  การกระจายความร้อนสม่ำเสมอ อุณหภูมิคงที่ • ระบบการไหลเวียนอากาศ ไหลเวียนผานทารก เครื่องทำความร้อน เย็น • ปองกันการกระจายของเชื้อโรค เครื่องกรองอากาศ 0.3 ไมครอน • เพิ่มความชื้นของอากาศอากาศไหลเวียนผานภาชนะที่บรรจุน้ำไว้

7. ทฤษฎีเบื้องต้น สมดุลยความรอนทางสรีรวิทยา ทารก  35.5 C ถึง 37.5C เทานั้น จากสมดุลยของพลังงานความรอนที่ถูกสรางขึ้นในรางกาย กับการสูญเสียความรอนจากเนื้อเยื่อรางกายไปยัง บรรยากาศภายนอก การสรางความรอนในรางกาย ทารกปกติ พลังงานความรอนสูงสุดไดถึง 4.5 ถึง 5W/kg เพื่อปกปองทารกจากสิ่งคุกคาม การสูญเสียความรอน - การนำความรอน (Conduction)วัตถุอุณหภูมิสูงมาสัมผัสกับวัตถุที่อุณหภูมิต่ำกวา - การพาความรอน (Convection) ทารกสัมผัสกับกระแสลมที่มีอุณหภูมิต่ำ - การแผรังสี (Radiant) ทารกมีการแผรังสีไปยังวัตถุโครงสรางที่มีอุณหภูมิต่ำกวา โดยรอบ - การระเหย (Evaporation) การระเหยของน้ำจากทารกไปยังอากาศที่แหงกวา

9. Infant Incubator

10. Infant Incubator

11. Infant Incubator

12. Infant Incubator

13. ลักษณะของ HOOD แบบต่างๆ Single wall Double wall

14. ไฟไนท์อิลิเมนท์กับการแพทย์ไฟไนท์อิลิเมนท์กับการแพทย์ • การวิเคราะห์พฤติกรรมการไหลของของเหลวในร่างกาย • ระบบการหายใจและการแลกเปลี่ยนก๊าซ • การวิเคราะห์ความเครียดของฟันเพื่อใช้ออกแบบในกาสังเคราะห์วัสดุทางทันตกรรม • การกระจายอุณหภูมิในดวงตามนุษย์ • ฯลฯ

15. การใช้วิธีไฟไนท์อิลิเมนท์ในการวิเคราะห์การกระจายอุณหภูมิและการไหลของอากาศภายในตู้อบเด็กแรกเกิดการใช้วิธีไฟไนท์อิลิเมนท์ในการวิเคราะห์การกระจายอุณหภูมิและการไหลของอากาศภายในตู้อบเด็กแรกเกิด

16. Variables: Temperature, Velocity Field

17. Air flow velocity Fluid Mechanics Incompressible Navier-Stokes Equation Temperature Heat Transfer Conduction and Convection Equation Theory of Fluid Mechanics and Heat Transfer

18. Density (kg/m3) Velocity Field (m/s) Time (s) Incompressible Navier-Stokes Equation Dynamic Viscosity(Ns/m2) Pressure (Pa) Volume Force Field (N/m3) Fluid Dynamics

19. Conduction and Convection Equation T Temperature (K) Q Heat Source (W) C Heat Capacity (J/kgK) K IsotropicThermal Conductivity (W/mK) Heat Transfer

20. Comsol multiphysics 3.4 a

21. 4. Finite Element Method Partial Differential Equation (PDE) Boundary Condition

22. จากผลการวิจัยที่ผ่านมาจากผลการวิจัยที่ผ่านมา

23. Cubic shape Pentagon shape semi-hexagonalshape velocity fields inside the incubator of each model

24. Stream Line Hexagonal Shape Dome Shape

25. Temperature plot at head, body, foot of infant Hexagonal Shape Dome Shape

26. Incubator Model

27. Infant Model โมเดลทารกนั้นสร้างจาก โปรแกรม 3dsmax และ Unigraphics NX

30. Boundary condition of fluid dynamics Boundary condition of heat transfer

31. Mesh of model

32. Initial value

33. การไหลของอากาศ

34. อุณหภูมิภายใน

35. Body Head Foot แสดงอุณหภูมิของทารกเปรียบเทียบบริเวณ ศีรษะ ลำตัว และเท้า

36. Other parameter, humid, Heat Loss Real Situation and parameter,infant,room Simulink with mathlab Control temperature Improvement

37. END