SANTRİFÜJ BİR KALP DESTEK POMPASI PROTOTİPİNİN SAYISAL VE DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Ömer İNCEBAY; Rafet YAPICI

SANTRİFÜJ BİR KALP DESTEK POMPASI PROTOTİPİNİN SAYISAL VE DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Ömer İNCEBAY, Rafet YAPICI

Öz

Bu çalışmada büyük ölçekli pompaların tasarımında kullanılan konvansiyonel yöntemle tasarlanan prototip bir santrifüj kalp destek pompasının HAD yazılımları aracılığıyla santrifüj pompa karakteristiklerinin belirlenmesi ve bu karakteristiklerin deneysel olarak doğrulanması yapıldı. Ayrıca HAD simülasyonuyla pompanın cidarlarındaki kayma gerilmeleri incelendi. Pompanın tasarım parametreleri olarak 5 lt/dak debi, 3000 dev/dak dönme sayısı ve 100 mm-Hg basınç farkı seçildi. Tasarlanan pompa çarkının katı modellemesi oluşturularak hızlı prototipleme cihazlarıyla imalatı yapıldı. Katı modeli oluşturulan pompa salyangozu alüminyum bloktan CNC dik işlem merkezinde imal edildi. Pompanın performans deneylerinde akışkan olarak; su ve akışkan özellikleri kana benzer olan hacimce %40 gliserin-%60 su çözeltisi kullanıldı. Tasarım dönme sayısı ve debisinde yaklaşık 72 mm-Hg’lik bir toplam basınç farkı elde edildi. Akışkan olarak su kullanılan testlerde HAD simülasyonuyla belirlenen pompa performansı sonuçları ile deneysel sonuçlar arasında iyi bir uyum olduğu görüldü. Akışkan olarak su-gliserin çözeltisi kullanılan deneysel sonuçlarla HAD simülasyon sonuçları arasında yaklaşık %15 sapma olduğu görüldü. HAD simülasyonlarıyla yapılan analizlerde; su için 664.7 Pa, su-gliserin çözeltisi için 1271 Pa kayma gerilmesi değerleri bulundu. Gelecek çalışmalarda bu kayma gerilmesi değerlerinin azaltılması üzerine yoğunlaşılacaktır.

Anahtar Kelimeler

HAD, Kalp Destek Pompası, LVAD, Santrifüj Pompa

Tam Metin:

PDF

Referanslar

Arvand, A., Hahn, N., Hormes, M., Akdis, M., Martin, M., Reul, H., 2004 “Comparison of Hydraulic and Hemolytic Properties of Different Impeller Designs of an Implantable Rotary Blood Pump by Computational Fluid Dynamics”, Artificial Organs, Sayı:28(10), s. 892–898, Blackwell Publishing, Inc.

Behbahani, M.,Behr, M., Hormes, M., Steınseıfer, U., Arora, D., Coronado, O., Pasqualı, M., 2009, “A Review of Computational Fluid Dynamics Analysis of Blood Pumps”, European Journal of Applied Mathematics, Sayı:20,s.363–397

Demir, O.,Biyikli E., Lazoglu, I., Kucukaksu, S., 2011, “Design of a Centrifugal Blood Pump: Heart Turcica Centrifugal”, Artificial Organs, Sayı:35, No. 7, s.720-725

Fan, H. M., Hong, F. W., Zhou, L. D., Chen, Y. S., Ye, L., Lıu, Z. M., 2009 “Design of Implantable Axial-Flow Blood Pump and Numerical Studies on Its Performance”, Journal of Hydrodynamics, Sayı:21(4), s.445-452

Fraser, K. H.,Zhang, T., Taskin, M. E., Griffith, B. P., Wu, Z. J., 2012, “A Quantitative Comparison of Mechanical Blood Damage Parameters in Rotary Ventricular Assist Devices: Shear Stress, Exposure Time and Hemolysis Index”, Journal of Biomechanical Engineering, Vol. 134 / 081002-1

Reul H. M., Akdis M., 2000, “Blood Pumps for Circulatory Support”, Perfusion, Sayı: 15, s. 295–311

Lua P.C.,Laia H.C., Liub J.S., 2001, “A Reevaluation and Discussion on The Threshold Limit for Hemolysis in A Turbulent Shear Flow”, Journal of Biomechanics, Sayı:34, s. 1361–1364.

Masuzawa, T.,Tsukiya, T., Endo, S., Tatsumi, E., Taenaka, Y., Takano, H., Yamane, T., Nishida, M., Asztalos, B., Miyazoe, Y., Ito, K., Sawairi, T., Konishi Y., 1999, “Development of Design Methods For a Centrifugal Blood Pump with a Dynamic Approach: Results in Hemolysis Tests”, Artifical Organs, Sayı:23(8), s.757-761 Blackwell Science, Inc.

Masuzawa, T.,Ohta, A., Tanaka, N., Qian, Y., Tsukiya, T., 2009, “Estimation of Changes in Dynamic Hydraulic Force in a Magnetically Suspended Centrifugal Blood Pump with Transient Computational Fluid Dynamics Analysis” The Japanese Society for Artificial Organs, Sayı: 12, s. 150–159

Mizunuma, H., Nakajima, R., 2007, “Experimental Study on Shear Stress Distributions in a Centrifugal Blood Pump”, Artificial Organs, Sayı: 31(7), s. 550–559, Blackwell Publishing, Inc.

Mozafari S., Rezaienia M. A., Paul G. M., Rothman M. T., Wen P., Korakianitis T. ,2017, “The Effect of Geometry on the Efficiency and Hemolysis of Centrifugal Implantable Blood Pumps”, ASAIO Journal, 63, 53–59

Nishida, M., Maruyama, O., Kosaka, R., Yamane, T., Kogure, H., Kawamura, H., Yamamoto, Y., Kuwana, K., Sankai, Y., Tsutsui, T., 2009,”Hemocompatibility Evaluation With Experimental and Computational Fluid Dynamic Analyses for a Monopivot Circulatory Assist Pump”, Artificial Organs, Sayı: 33(4), s. 378–386, Wiley Periodicals, Inc.

Ogami, Y., Matsuoka, D., Horie, M., 2010, “Computational Study of Magnetically Suspended Centrifugal Blood Pump (The First Report: Main Flow and Gap Flow)”, International Journal of Fluid Machinery and Systems, Sayı:3, No. 2. s.102-112.

Stepanoff, A.J., 1957, Centrifugal and Axial Flow Pumps: Theory, Design and Application, 2nd Ed. John Wiley&Sons Inc., New York, USA

Song, G., Chua, L. P., Lım, T. M., 2010,“Numerical Study of a Centrifugal Blood Pump With Different Impeller Profiles”, ASAIO Journal, Sayı: 56, s.24–29.

T.C. Sağlık Bakanlığı, Halk Sağlığı Kurumu, Türkiye Kalp ve Damar Hastalıkları Önleme ve Kontrol Programı, 988, Ankara, 2015

Untaroıu, A., Wood, H. G., Allaıre, P. E., Throckmorton, A. L., Day, S., Patel, S. M., Ellman, P., Trıbble, C., Olsen, D. B., 2005, “Computational Design and Experimental Testing of a Novel Axial Flow LVAD”, ASAIO Journal, Sayı: 51, s.702–710.

Yen, J. H.,Chen, S. F. , Chern M. K. , Lu P. C., 2014, “The Effect of Turbulent Viscous Shear Stress on Red Blood Cell Hemolysis“, The Japanese Society for Artificial Organs, Sayı: 17, s.178–185.

Yu, S.C.M. , Ng, B.T.H., Chan, W.K., Chua, L.P., 2000, “The Flow Patterns within The Impeller Passages of a Centrifugal Blood Pump Model”, Medical Engineering & Physics, Sayı: 22, s.381–393