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

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.

A Mixed Flow Heart Assist Pump Design and Investigation of Its Performance Using Computational Fluid Dynamics

Heart failure is a heart disease in which the heart cannot pump enough blood to meet the body’s needs. Left ventricular heart assist pumps help to pump the blood from the left ventricle of the heart to the aorta artery. In this study, the design of a helico-centrifugal mixed-flow heart assist pump was made using the pump design programs. The hydrodynamic performance of the pump was determined by the computational fluid dynamics (CFD) method. Using the pump's numerical performance results, the optimum pump design was performed according to the hydraulic efficiency. Pressure, flow rate and power consumption of pump at different rotational speeds were measured in the experimental setup and experimental hydrodynamic performance curves were determined with these measured values. In the experiment and CFD analysis, the working fluid was a water-glycerin solution (by volume 40% glycerin and 60% water) which has the same viscosity as blood. Also, for comparison; experiments and CFD analysis were performed with water. According to the experimental and numerical performance results of the pump, the deviation ratio of the pressure difference was calculated to be less than 1% at high flow rates and approximately 5.7% at low flow rates. The pressure of 100 mmHg at 5 L / min flow rate, which must be provide by the adults heart assist pumps was achieved at rotation speed of 5100 rpm. At this point, the hydraulic and overall efficiency of the pump and the maximum wall shear stress in the pump was determined to be the 52.1%, 30.9% and 166 Pa, respectively.

___

  • 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 İmpeller Designs of an İmplantable 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 Journal, 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.
Selçuk Üniversitesi Mühendislik Bilim ve Teknoloji Dergisi-Cover
  • ISSN: 2147-9364
  • Yayın Aralığı: Yılda 2 Sayı
  • Başlangıç: 2013
  • Yayıncı: Selçuk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

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

FEHMİ MUTLU, RAFET YAPICI

KÖMÜR MADENLERİNDE KULLANILAN SABANLARIN ÖNEMİ VE SEÇİM KRİTERLERİ

NİYAZİ BİLİM

Doğalgaz Dağıtım Sistemlerinde Müşteriye Bağlı Saha Operasyonları İçin Bölgesel Ayrım ve Rota Planlaması: Bir Örnek Uygulama

Yakup KARA, İsmail KARAOĞLAN, Gözde Can ATASAGUN, Emine AKHÜSEYİN

DETERMINATION OF SOUND TRANSMISSION LOSS IN LIGHTWEIGHT CONCRETE WALLS AND MODELING ARTIFICIAL NEURAL NETWORK

MUSTAFA TOSUN, KEVSER DİNCER

BASİT MESNETLİ TEK AÇIKLIKLI ÇELİK DEMİRYOLU KÖPRÜSÜNÜN DEPREM DAVRANIŞININ KIRILGANLIK EĞRİLERİ YARDIMI İLE DEĞERLENDİRİLMESİ

MEHMET FATİH YILMAZ, barlas ozden caglayan

MINERALOGICAL AND CHEMICAL CHARACTERISTICS OF THE AMPHIBOLE MINERALS FROM THE METAMORPHIC SOLE ROCKS OF THE LATE CRETACEOUS AGED HATIP OPHIOLITIC MÉLANGE IN THE KONYA AREA (CENTRAL SOUTHERN TURKEY)

KERİM KOÇAK, Raziye Merve KAYA, Adnan DÖYEN, ALİ RIZA SÖĞÜT, VEYSEL ZEDEF

OVERHANGS IN STRUCTURAL SYSTEMS AND EARTHQUAKE BEHAVIOUR FROM TORSIONAL IRREGULARITY POINT OF VIEW

HASAN HÜSNÜ KORKMAZ

MİSİNA İPİNİN BETONUN MEKANİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNE ETKİSİ

Emrah TURAN, MERAL OLTULU

YAPILARIN CEPHE KAPLAMA MALZEMELERİNDE HASAR OLUŞTURAN ETKİLERİN TESPİTİ VE ÇÖZÜM ÖNERİLERİ – KONYA PTT HİZMET BİNASI ÖRNEĞİ

Mustafa DERELİ, MUSTAFA TOSUN, Nazım KOÇU

Mamografide Meme Mikrokalsifikasyonları için Otomatik Bilgisayar Destekli Tespit (CADe) ve Tanı (CADx) Sistemi

Burçin KURT, Kemal TURHAN, Vasif V. NABİYEV