Moving heat source in a confined channel: Heat transfer and boiling in endovenous laser ablation of varicose veins

Abstract

a b s t r a c tMotion of a moving laser light heat source in a confined volume has important applications such as in endovenous laser ablation (EVLA) of varicose veins. This light heats up the fluid and the wall volume by absorption and heat conduction. The present study compares the flow and temperature fields in a horizontal tube of 4 mm inner diameter in three idealizations of the EVLA procedure: water with a bare fiber tip, water with a carbonized layer on the fiber tip, and blood. Without boiling, the convection patterns in water and blood are similar and Grashof numbers are high enough to guarantee buoyancy induced flow and axial mixing, while preserving some stratification. A carbonized layer at the fiber tip promotes boiling in water at moderate laser powers. Boiling bubbles in water rapidly detach from the tip, with or without a carbonized layer, and promote mixing and a locally homogeneous temperature field. At 15 W laser power and 4 mm/s pullback speed in blood, a gas bubble may be formed that sticks at the fiber tip, causing strong local heating and possibly fiber damage.

Flow statistics in plate and shell heat exchangers measured with PTV

“…Let v B be the bulk velocity along the vertical direction at the channel mid-plane, ν the kinematic viscosity, g the gravitational acceleration and β the coefficient of thermal expansion. If dissipation is discarded, the typical velocity induced by buoyancy in the y-direction over height L v is given by v tb = (g β ΔT L v ) 1/ 2 , see de Boer et al (2017). If this velocity is related to the bulk velocity v B , the ratio of Grashof to Reynolds number squared is obtained:…”

Оптимальное Управление Внутривенной Лазерной Абляцией

“…Графики температурных профилей, соответствующие значениям черноты наконечника, равным 0, 0. Роль карбонизированного наконечника оптоволокна в повышении эффективности лазерной термотерапии отмечается многими авторами [11][12][13][14][18][19][20][21][22][23]. Карбонизация может быть как естественной, т. е. результатом взаимодействия лазерного излучения с биологической средой [11,18], так и искусственной, как результат контактного лазерного воздействия с различными материалами, например, с деревом [19,21], с активированным углем [20,21], со смесью графита и силиконового лакатехнология SAC (strongly absorbing coating) [23].…”

“…Основными эффектами, которые обычно учитываются при моделировании ВВЛА, являются кондуктивный теплообмен, перенос излучения и его поглощение с выделением тепла, а также перенос тепла потоком пузырьков, образующихся на наконечнике оптоволокна. В работе [11] приведены результаты экспериментов, демонстрирующих влияние движущихся пузырьков, образованных на наконечнике оптоволокна, на температурное поле. В работах [12][13][14] кипения) обеспечивают успешное проведение процедуры ВВЛА.…”