NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ

SABAH, Ahmet Mete; YAPICI, RAFET

NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ

Ahmet SABAH, (Makine Mühendisliği Bölümü, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Konya Teknik Üniversitesi, Konya, Türkiye)

Rafet YAPICI (Makine Mühendisliği Bölümü, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Konya Teknik Üniversitesi, Konya, Türkiye)

Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi

6 1

Yıl: 2019 Cilt: 8 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 521 - 527 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 20-08-2020

NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ

Öz:

Kalp rahatsızlıkları içerisinde önemli bir yere sahip olan kalp yetmezliği, insan kalbinin çeşitli nedenlerdendolayı vücuda ihtiyaç duyduğu yeterli kanı pompalayamaması durumudur. Bu hastalığa sahip bireylere yardımcıolmak amacıyla ventriküler (karıncık) destek cihazları (VAD) adı verilen mekanik sistemler geliştirilmiştir. Solventriküler destek cihazları, kalbin sol karıncığından kanın aort atar damarına pompalamasına yardımcıolmaktadır. Bu çalışmada, tasarlanmış olan karışık akışlı bir sol ventriküler kalp destek pompasınınhidrodinamik performansı hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) metodu ile belirlenmiştir. Analizlerde çalışmaakışkanı olarak kana benzer reolojik özellikler gösteren newtoniyen olmayan su-ksantan karışımı (kütlece %0.06ksantan sakızı) kullanılmıştır. 5000, 6000 ve 7000 dev/dak dönme hızlarında pompanın debisine bağlı olarakbasıncını ve verimini gösteren performans eğrileri elde edilmiştir. Sonuçların karşılaştırılması amacıylanewtoniyen bir akışkan olan su-gliserin çözeltisi (hacimce %40 gliserin ve %60 su) ile de HAD analizleriyapılmıştır. Pompanın sayısal performans sonuçlarına göre; yüksek dönme hızında ve düşük debilerde ikiakışkan arasındaki basınç farkının yaklaşık %9,2 değerine, yüksek debilerde ise yaklaşık %7’lere düştüğügörülmüştür. Pompa, 5 L/dak debide 5000 dev/dak dönme hızında 88,33 mmHg basınç değerine ulaşmıştır. Bunoktadaki pompa hidrolik verimi ise %52,74 olarak belirlenmiştir.

Anahtar Kelime:

EXPERIMENTAL AND NUMERICAL DETERMINATION OF THE PERFORMANCE OF HEART ASSIST PUMP USING A NONNEWTONIAN FLUID

Öz:

Heart failure, which has an important place in heart diseases, is a health condition that human heart cannot pump enough blood for various reasons. Mechanical systems called ventricular assist devices (VADs) have been developed to assist individiuals with this disease. Left ventricular assist devices help blood to be pumped from the left ventricle to the aorta. In this study, the hydrodynamic performance of a mixed flow left ventricular heart assist pump was determined by the computational fluid dynamics (CFD) method. In the analysis, the working fluid was used a non-newtonian mixture of water and xanthan solution (by mass 0,06% xanthan gum) which has similar rheological properties to blood, was used as the working fluid. Performance curves of pressure, flow and efficiency of the pump were obtained at rotational speeds of 5000, 6000 and 7000 rpm. In order to compare the results, CFD analysis are repeated with a Newtonian fluid, water glycerin solution (by volume 40% glycerin and 60% water). According to the numerical performance results of the pump, it was seen that the pressure difference between two fluids at high rotational speed and low flow rates is 9,2% and high flow rate it is decreased to about 7%. The pump reached a pressure value of 88,33mmHg at a rotation spxeed of 5000 rpm at 5L/ min. At this working point, the pump hydraulic efficiency was determined as 52,74%.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

[1] https://www.tkd.org.tr/kalp-yetersizligi-calisma-grubu/sayfa/toplum_icin_bilgiler (erişim tarihi 16.10.2018)
[2] HUANG, C.R., FABİSİAK, W.A., “A Rheological Equation Characterizing Both The Time Dependent and Steady State Viscosity of Human Blood”, AIchE Symp Ser, 74:19-21, 1978.
[3] AKAMATSU, T., TSUKİYA, T., “Development of a Centrifugal Blood Pump with Magnetically Suspended Impeller and The Related Fluid Mechanical Problems”, Indian Academy of Sciences, 23, 597- 603, 1998.
[4] OGAMI, Y., MATSUOKA, D., HORIE, M., “Computational Study of Magnetically Suspended Centrifugal Blood Pump”, International Journal of Fluid Machinery and Systems, 3, 102-112, 2010.
[5] MIKLOSOVIC, D.S., GREGOREK, G.M., “An Experimental Evaluation of Non-newtonian Scaling Effects in a Centrifugal LVAD”, American Institute of Aeronautics or Published with Permission of Author(s) Sponsoring Organization, 1-9,2000.
[6] MUTLU, F., YAPICI, R., “Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Kullanılarak Karışık Akışlı Bir Kalp Destek Pompasının Tasarımı ve Performansının İncelenmesi”, Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6, 504-518,2018.
[7] MOZAFARI, S., REZAIENIA, M.A., PAUL, G.M., ROTHMAN, M.T., WEB, P., KORAKIANITIS, T., “The Effect of Geometry on the Efficiency and Hemolysis of Centrifugal Implantable Blood Pumps”, ASAIO Journal, 63, 53-59, 2017.
[8] ANSYS, “Ansys Fluent User’s Guide 18.0 edition”, ANSYS Inc, Cannonsburg, 2017.
[9] CAO, X., ZHAO, Z., CHENG, L., YİN, W., “Evaluation of a transparent analog fluid of digested sludge: Xanthan gum aqueous Solution”, Procedia Environmental Sciences 31, 735-742, 2016.
[10]COMPLETO, C., GERALDES, V., SEMIAO, V., “Micro-PIV Characterization of Laminar Developed Flows OF Newtonian and Non-Newtonian Fluids in a slit channel”, Engineering Mechanics, 19, 3-13, 2012.
[11]HU, O., LI, J.Y., ZHANG, M.Y., ZHU, X.R., “An experimental study of Newtonian and non-Newtonian flow Dynamics in an axial blood pump model.”, Artifical Organs, 36(4), 429-433, 2012.
[12]FRASER, K. H., TASKİN, M. E., GRİFFİTH, B. P., WU, Z. J., “The use of computational fluid dynamics in the development of ventricular assist devices”, Medical Engineering & Physics, 33(3): 263-280, 2011.
[13]KAFAGY, D.H., DWYER, T.W., MCKENNA, K.L., MULLES, J.P., CHOPSKI, S.G., MOSKOWITZ, W.B., THROCKMORTON, A.L., “Design of axial blood pumps for patients with dysfunctional fontanphysiology: computational studies and performance testing”, Artificial Organs, 39(1), 34-42, 2015.
[14]WU, Z.J., GOTTLIEB, R.K., BURGREEN, G.W., HOLMES, J.A., BORZELLECA, D.C., KAMENEVA, M.V., GRIFFITH, B.P., ANTAKI, J.F., “Investigation of fluid Dynamics within a miniature mixed flow blood pump”, Experiments in Fluids, 31(6), 615-629, 2001.
[15]CHOPSKİ, S.G., FOX, C.S., RIDDLE, M.D., MCKENNA, K.L., PATEL, J.P., ROZOLIS, J.T., THROCKMORTON, A.L., “Pressure-Flow Experimental Performance of New Intravascular Blood Pump Designs for Fontan Patients”, Artificial Organs, 40(3), 233-242, 2016.
[16]ARVAND, A., HANH, N., HORMES, M., AKDIS, M., MARTIN, M., REUL, H., “Comparison of hydraulic and hemolytic properties of different impeller designs of an implantable rotary blood pump by computational fluid dynamics”, Artifical Organs, 28(10): 892-898, 2004.
[17]CARRIERİ M.İ FARINASİ M. I., GARON, A., “Hemodynamics characteristics of a mixed flow pump prototype progress report of in vitro and acute animal experiments”, ASAIO Journal, 52 (4), 373-377, 2006.

APA	SABAH A, YAPICI R (2019). NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ. , 521 - 527.
Chicago	SABAH Ahmet Mete,YAPICI RAFET NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ. (2019): 521 - 527.
MLA	SABAH Ahmet Mete,YAPICI RAFET NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ. , 2019, ss.521 - 527.
AMA	SABAH A,YAPICI R NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ. . 2019; 521 - 527.
Vancouver	SABAH A,YAPICI R NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ. . 2019; 521 - 527.
IEEE	SABAH A,YAPICI R "NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ." , ss.521 - 527, 2019.
ISNAD	SABAH, Ahmet Mete - YAPICI, RAFET. "NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ". (2019), 521-527.

APA	SABAH A, YAPICI R (2019). NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8(1), 521 - 527.
Chicago	SABAH Ahmet Mete,YAPICI RAFET NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 8, no.1 (2019): 521 - 527.
MLA	SABAH Ahmet Mete,YAPICI RAFET NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol.8, no.1, 2019, ss.521 - 527.
AMA	SABAH A,YAPICI R NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2019; 8(1): 521 - 527.
Vancouver	SABAH A,YAPICI R NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2019; 8(1): 521 - 527.
IEEE	SABAH A,YAPICI R "NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ." Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8, ss.521 - 527, 2019.
ISNAD	SABAH, Ahmet Mete - YAPICI, RAFET. "NEWTON TİPİ OLMAYAN AKIŞKAN KULLANARAK KALP DESTEK POMPASININ PERFORMANSININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ". Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 8/1 (2019), 521-527.