HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ KULLANARAK KARIŞIK AKIŞLI BİR KALP DESTEK POMPASININ TASARIMI VE PERFORMANSININ İNCELENMESİ

Fehmi MUTLU; Rafet YAPICI

HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ KULLANARAK KARIŞIK AKIŞLI BİR KALP DESTEK POMPASININ TASARIMI VE PERFORMANSININ İNCELENMESİ

Fehmi MUTLU, Rafet YAPICI

Öz

Kalp yetersizliği, kalbin vücudun ihtiyacı olan yeterli kanı pompalayamadığı bir kalp rahatsızlığıdır. Sol ventrikül kalp destek pompaları, kalbin sol ventrikülünden kanın aort atar damarına pompalanmasına yardımcı olurlar. Bu çalışmada, heliko-santrifüj karışık akışlı bir sol ventrikül kalp destek pompasının tasarımı, pompa tasarım programları kullanılarak yapıldı. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) metodu ile pompanın hidrodinamik performansı belirlendi. Pompanın sayısal performans sonuçları kullanılarak hidrolik verime göre optimum pompa tasarımı gerçekleştirildi. Kurulan deney düzeneğinde farklı dönme hızlarında bu pompanın basıncı, debisi ve tükettiği güç ölçüldü ve ölçülen bu değerler ile deneysel hidrodinamik performans eğrileri belirlendi. Deneyde ve HAD analizinde, çalışma akışkanı kan ile aynı viskozitede olan su-gliserin çözeltisi (hacimce %40 gliserin ve %60 su) kullanıldı. Karşılaştırma yapılması için su ile de deney ve HAD analizleri yapıldı. Pompanın deneysel ve sayısal performans sonuçlarına göre, basınç farkındaki sapma oranın yüksek debilerde %1’den daha düşük ve düşük debilerde ise yaklaşık %5,7 olarak görüldü. Bu yetişkin kalp destek pompalarının sağlaması gereken 5 L/dak debideki 100 mmHg basınç değeri, 5100 dev/dak dönme hızında elde edildi. Bu noktada pompanın hidrolik verimi %52,1, genel verimi %30,9 ve maksimum cidar kayma gerilmesi 166 Pa olarak belirlendi.

Anahtar Kelimeler

Sol ventrikül kalp destek pompası, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD), Mini heliko-santrifüj / karışık akışlı pompa

Tam Metin:

PDF

Referanslar

Anderson, J., Wood, H. G., Allaire, P. E., Olsen, D. B., 2000, “Numerical analysis of blood flow in the clearance regions of a continuous flow artificial heart pump”, Artificial Organs, Vol. 24(6), pp. 492-500.

ANSYS, 2017, “Ansys Fluent Theory Guide, Release 18.0 edition”, ANSYS, Inc., Canonsburg, PA.

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, Vol. 28(10), pp. 892-898.

Behbahani, M., Behr, M., Hormes, M., Steinseifer, U., Arora, D., Coronado, O., Pasquali, M., 2009, “A review of computational fluid dynamics analysis of blood pumps”, European Journal of Applied Mathematics, Vol. 20(4), pp. 363-397.

Bunzel, B., Laederach-Hofmann, K., Wieselthaler, G., Roethy, W., Wolner, E., 2007, “Mechanical circulatory support as a bridge to heart transplantation: what remains? Long-term emotional sequelae in patients and spouses”, The Journal of heart and lung transplantation, Vol. 26(4), pp. 384-389.

Carrier, M., Farinas, M. I., Garon, A., 2006, “Hemodynamic characteristics of a mixed flow pump prototype: progress report of in vitro and acute animal experiments”, ASAIO J, Vol. 52(4), pp. 373-377.

Chopski, S. G., Fox, C. S., Riddle, M. L., McKenna, K. L., Patel, J. P., Rozolis, J. T., Throckmorton, A. L., 2016, “Pressure-Flow Experimental Performance of New Intravascular Blood Pump Designs for Fontan Patients”, Artificial Organs, Vol. 40(3), pp. 233-242.

Chua, L. P., Akamatsu, T., 2000, “Measurements of gap pressure and wall shear stress of a blood pump model”, Medical Engineering & Physics, Vol. 22(3), pp. 175-188.

Degertekin, M., Erol, Ç., Ergene, O., Tokgözoğlu, L., Aksoy, M., Erol, M. K., Eren, M., Şahin, M., Eroğlu, E., Mutlu, B., Kozan, Ö., 2012, “Heart failure prevalence and predictors in Turkey: HAPPY study”, Turk Kardiyoloji Dernegi Arsivi, Vol. 40(4), pp. 298-308.

Fraser, K. H., Taskin, M. E., Griffith, B. P., Wu, Z. J., 2011, “The use of computational fluid dynamics in the development of ventricular assist devices”, Medical Engineering & Physics, Vol. 33(3), pp. 263-280.

Genovese, E. A., Dew, M. A., Teuteberg, J. J., Simon, M.A., Kay, J., Siegenthaler, M. P., Bhama, J. K., Bermudez, C. A., Lockard, K. L., Winowich, S., Kormos, R. L., 2009, “Incidence and patterns of adverse event onset during the first 60 days after ventricular assist device implantation”, The Annals of Thoracic Surgery, Vol. 88(4), pp. 1162-1170.

Hu, Q. H., Li, J. Y., Zhang, M. Y., Zhu, X. R., 2012, “An experimental study of Newtonian and non-Newtonian flow dynamics in an axial blood pump model”, Artificial Organs, Vol. 36(4), pp. 429-433.

Kafagy, D. H., Dwyer, T. W., McKenna, K. L., Mulles, J. P., Chopski, S. G., Moskowitz, W. B., Throckmorton, A. L., 2015, “Design of axial blood pumps for patients with dysfunctional fontan physiology: computational studies and performance testing”, Artificial Organs, Vol. 39(1), pp. 34-42.

Leverett, L. B., Hellums, J. D., Alfrey, C. P., Lynch, E. C., 1972, “Red blood cell damage by shear stress”, Biophysical Journal, Vol. 12(3), pp. 257-273.

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, Vol. 63(1), pp. 53-59.

Olsen, D. B., 2000, “The history of continuous-flow blood pumps”, Artificial Organs,Vol. 24(6), 401-404.

Thompson, L. O., Loebe, M., Noon, G. P., 2003, “What price support? Ventricular assist device induced systemic response”, ASAIO journal, Vol. 49(5), pp. 518-526.

Untaroiu, A., Wood, H. G., Allaire, P. E., Throckmorton, A. L., Day, S., Patel, S. M., Ellman, P., Tribble, C., Olsen, D. B., 2005, “Computational design and experimental testing of a novel axial flow LVAD”, ASAIO Journal, Vol. 51(6), pp. 702-710.

Wu, Z. J., Gottlieb, R. K., Burgreen, G. W., Holmes, J. A., Borzelleca, D. C., Kameneva, M. V., Griffith, B. P., Antaki, J. F., 2001, “Investigation of fluid dynamics within a miniature mixed flow blood pump”, Experiments in Fluids, Vol. 31(6), pp. 615-629.

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, Vol. 22(6), pp. 381-393.

Zhang, Y., Zhan, Z., Gui, X. M., Sun, H. S., Zhang, H., Zheng, Z., Zhou, J. Y., Zhu, X. D., Li, G. R., Hu, S. S., Jin, D. H., 2008, “Design optimization of an axial blood pump with computational fluid dynamics”, ASAIO Journal, Vol. 54(2), pp. 150-155.