HESAPLAMALI AKIŞKAN DİNAMİĞİ İLE EKSENEL BİR ÇOCUK KALP DESTEK POMPASI PERFORMANSININ İNCELENMESİ

Bu çalışmada, pompa tasarım programları kullanılarak eksenel akışlı bir çocuk kalp destek pompası tasarlandı. Bu pompanın performansı, hesaplamalı akışkan dinamiği (HAD) yazılımıyla kT-kL-w türbülans modeli kullanılarak belirlendi. Katı modeli oluşturulan pompanın gövdesi alüminyum bloktan CNC işleme tezgâhında imal edildi. Bu kalp destek pompasının çarkı, doğrultucusu ve difüzörünün 3D yazıcıyla imalatı yapıldı. Bu prototip pompanın, HAD simülasyonuyla belirlenen performans sonuçlarının deneysel doğrulaması, su ile yapıldı. Pompanın 9000-12000 dev/dak dönme sayısı aralığında, debisi 0.5-5 L/dak ve basınç farkı 35-95 mmHg arasında değişti. Kan benzeri akışkan için 2 L/dak tasarım debisi ve 80 mm-Hg’lik tasarım basıncı 11750 dev/dak dönme sayısında elde edildi. Çalışmanın sonunda, tasarım noktasında pompadaki cidar kayma gerilmeleri ve akış çizgileri incelendi.

Investigation of Performance of an Axial Child Heart Assist Pump with Computational Fluid Dynamics

: In this study, an axial flow child heart support pump was designed using pump design programs. The performance of this pump was determined using the kT-kL-w turbulence model with computational fluid dynamics (CFD) software. Body of this pump is manufactured from aluminum block with CNC machining center. The heart assist pump’s impeller, straightener and diffuser were manufactured with 3D printers. Experimental verification of the performance results of this prototype pump determined by CFD simulation was made with water. In the range of 9000-12000 rpm of the pump speed, the flow rate varied between 0.5-5 L/min while the pressure difference varied between 35-95 mmHg. Design pressure of 80 mmHg for design flow rate of 2 L/ min was achieved at 11750 rpm for blood-like fluid. At the end of the work, the wall shear stresses and flow lines in the pump were examined at the design point.

___

  • Aka, İ.B., Dadgar, S., Sezer, M.E., Kadıpaşaoğlu, A.K., "Bir Eksenel Akışlı Sol Ventrikül Destek Pompasının (SVDP) Fiziki Performans Testleri İçin Platform Tasarımı" , 14. Tıp Teknolojileri Ulusal Kongresi, Kapadokya, Nevşehir, 25-27 Eylül 2014.
  • Baldwin, J. T., Borovetz, H. S., Duncan, B. W., Gartner, M. J., Jarvik, R. K., Weiss, W. J., 2011, "The National Heart, Lung, and Blood İnstitute Pediatric Circulatory Support Program: A Summary of the 5-Year Experience", Circulation, Vol. 123 (11), pp. 1233-1240.
  • B Clark, J., B Pauliks, L., L Myers, J. ve Undar, A., 2011, "Mechanical Circulatory Support for End-Stage Heart Failure in Repaired and Palliated Congenital Heart Disease", Current Cardiology Reviews, Vol. 7 (2), pp. 102-109.
  • Demir, O., Biyikli, E., Lazoglu, I., Kucukaksu, S., 2011, "Design of a Centrifugal Blood Pump: Heart Turcica Centrifugal", Artificial Organs, Vol. 35 (7), pp. 720-725.
  • Fluent, A., 2017, 18.0 ANSYS Fluent theory guide 18.0, Ansys Inc. Fürst, J., Straka, P., Příhoda, J., Šimurda, D., 2013, "Comparison of Several Models of the Laminar/Turbulent Transition", EPJ Web of Conferences, 01032.
  • 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.
  • Lu, P., Lai, H., Liu, J., 2001, "A Reevaluation and Discussion on the Threshold Limit for Hemolysis in a turbulent Shear Flow", Journal of Biomechanics, Vol. 34 (10), pp. 1361-1364.
  • Reul, H. M., Akdis, M., 2000, "Blood Pumps for Circulatory Support", Perfusion, Vol. 15 (4), pp. 295-311.
  • Sağlık Bakanlığı, 2015, Türkiye Kalp ve Damar Hastalıkları Önleme ve Kontrol Programı, Ankara p.
  • Schüle, C. Y., Thamsen, B., Blümel, B., Lommel, M., Karakaya, T., Paschereit, C. O., Affeld, K.,
  • Kertzscher, U., 2016, "Experimental and Numerical İnvestigation of an Axial Rotary Blood Pump", Artificial Organs, Vol. 40 (11).
  • Throckmorton, A. L., Untaroiu, A., Allaire, P. E., Wood, H. G., Lim, D. S., McCulloch, M. A., Olsen, D. B., 2007, "Numerical Design and Experimental Hydraulic Testing of an Axial Flow Ventricular Assist Device for Infants and Children", Asaio Journal, Vol. 53 (6), pp. 754-761.
  • Throckmorton, A. L., Untaroiu, A., 2008, "CFD Analysis of a Mag-Lev Ventricular Assist Device for Infants and Children: Fourth Generation Design", Asaio Journal, Vol. 54 (4), pp. 423-431.
  • Walters, D. K., Leylek, J. H., 2004, "A New Model for Boundary Layer Transition Using a Single-Point RANS Approach", Journal of Turbomachinery, Vol. 126 (1), pp. 193-202.
  • Walters, D. K., Cokljat, D., 2008, "A Three-Equation Eddy-Viscosity Model for Reynolds-Averaged Navier–Stokes Simulations of Transitional Flow", Journal of fluids engineering, Vol. 130 (12), 121401.
  • Warnes, C. A., 2005, "The adult with congenital Heart Disease: Born to be bad?", Journal of the American College of Cardiology, Vol. 46 (1), pp. 1-8.
  • Wu, J., Antaki, J. F., Verkaik, J., Snyder, S., Ricci, M., 2012, "Computational Fluid Dynamics-Based Design Optimization for an Implantable Miniature Maglev Pediatric Ventricular Assist Device", Journal of fluids engineering, Vol. 134 (4), 041101.
  • Wu, Z., Gottlieb, R., Burgreen, G., Holmes, J., Borzelleca, D., Kameneva, M., Griffith, B., Antaki, J., 2001, "Investigation of Fluid Dynamics within A Miniature Mixed Flow Blood Pump", Experiments in Fluids, Vol. 31 (6), pp. 615-629.
Selçuk Üniversitesi Mühendislik Bilim ve Teknoloji Dergisi-Cover
  • ISSN: 2147-9364
  • Yayın Aralığı: Yılda 2 Sayı
  • Başlangıç: 2013
  • Yayıncı: Selçuk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi