Yıl: 2021 Cilt: 27 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 78 - 89 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.5505/pajes.2020.50440

Farklı tiplerdeki çark kanatlarının santrifüj kalp destek pompa performansına etkisinin sayısal olarak incelenmesi

Öz:
Bu çalışmada, kalp yetmezliği hastalıklarında tedaviye destek amaçlıolarak kullanılan santrifüj kalp destek pompaları için farklı çark kanatgeometrilerinin pompa performansına olan etkisi sayısal olarakincelenmiştir. Pompa tasarım parametreleri olarak, yetişkin bir insankalbinin çalışma parametreleri baz alınmıştır. Bu parametreler ışığındapompa tasarımı yapılmış ve CFD (Computational Fluid Dynamics)yazılımı aracılığıyla 3 farklı çark kanat tipi için (radyal, eğik ve eğri)dört farklı debide (3, 4, 5 ve 6 l/dk.) ve üç farklı dönme hızında(3500, 3850 ve 4250 dev/dk.) pompa performansları tespit edilerekpompa performans eğrileri oluşturulmuştur. Elde edilen bulgulara göretasarım noktası parametrelerine, eğri çark tipinde ve 3850 dev/dk.dönme hızında ulaşılmıştır. Bu noktada pompa hidrolik verimi ise %34olarak tespit edilmiştir. En yüksek basınç farkı yaklaşık 180 mm-Hg ve2 l/dk. debide elde edilmiştir. Ayrıca bu çalışmada parametrelerin veçark kanat tiplerinin kan hasarına (hemoliz) olan etkileriniinceleyebilmek için cidar kayma gerilmeleri de tespit edilmiştir.
Anahtar Kelime:

Konular:
Fen > Mühendislik > Bilgisayar Bilimleri, Bilgi Sistemleri
Fen > Mühendislik > Mühendislik, Elektrik ve Elektronik
Fen > Mühendislik > Mühendislik, Makine
Fen > Mühendislik > Metalürji Mühendisliği
Fen > Mühendislik > Mühendislik, Kimya
Fen > Mühendislik > Mühendislik, Jeoloji
Fen > Mühendislik > Endüstri Mühendisliği
Fen > Mühendislik > Bilgisayar Bilimleri, Yazılım Mühendisliği
Fen > Mühendislik > İnşaat Mühendisliği
Fen > Mühendislik > Çevre Mühendisliği
Fen > Mühendislik > İmalat Mühendisliği

Numerical study on the effect of different types of impeller blades in centrifugal heart assist pump

Öz:
In this study, the effect of different impeller blade types on pump performance for centrifugal heart support pumps used to support treatment in heart failure diseases was investigated numerically. The pump design parameters were based on the operating parameters of an adult human heart (flow rate of 5 l/min and a pressure load of 100 mm-Hg). By considering these parameters, pump design has been made and by means of CFD (Computational Fluid Dynamics) software for 3 different impeller blade types (radial, straight and curved) at four different flow rates (3, 4, 5 and 6 l / min) and three different rotational speeds (3500, 3850 and 4250 rpm) pump performance curves were determined. According to the findings, the design point parameters were reached at the curved impeller blade type and 3850 rpm. At this point, the hydraulic efficiency of the pump was determined as 34%. The highest pressure difference was obtained at approximately 180 mm-Hg and 2 l/min. In addition, in this study, wall shear stresses were determined in order to investigate the effects of parameters and impeller blade types on blood damage (hemolysis).
Anahtar Kelime:

Konular:
Fen > Mühendislik > Bilgisayar Bilimleri, Bilgi Sistemleri
Fen > Mühendislik > Mühendislik, Elektrik ve Elektronik
Fen > Mühendislik > Mühendislik, Makine
Fen > Mühendislik > Metalürji Mühendisliği
Fen > Mühendislik > Mühendislik, Kimya
Fen > Mühendislik > Mühendislik, Jeoloji
Fen > Mühendislik > Endüstri Mühendisliği
Fen > Mühendislik > Bilgisayar Bilimleri, Yazılım Mühendisliği
Fen > Mühendislik > İnşaat Mühendisliği
Fen > Mühendislik > Çevre Mühendisliği
Fen > Mühendislik > İmalat Mühendisliği
Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • [1] Chair SY, Yu DS, Ng MT, Wang Q, Cheng HY, Wong EM, Sit JW. "Evolvement of left ventricular assist device: the implications on heart failure management". Journal of Geriatric Cardiology, 13(5), 425-430, 2016.
  • [2] DeBakey ME. "Left ventricular bypass pump for cardiac assistance. Clinical experience". American Journal of Cardiology, 27(1), 3-11, 1971.
  • [3] Anai H, Wakisaka Y, Nakatani T, Taenaka Y, Takano H, Hadama T. "Relationship between pump speed design and hemolysis in an axial flow blood pump". Artificial Organs, 20(6), 564-567, 1996.
  • [4] Araki K, Anai H, Oshikawa M, Nakamura K, Onitsuka T. "In vitro performance of a centrifugal, a mixed flow, and an axial flow blood pump". Artificial Organs, 22(5), 366-370, 1998.
  • [5] Chua LP, Yu SCM, Leo HL, Chan WK. "Comparison of flow characteristics of enlarged blood pump models with different impeller design". International Communications in Heat and Mass Transfer, 26(3), 369-378, 1999.
  • [6] Takano T, Schulte-Eistrup S, Yoshikawa M, Nakata K, Kawahito S, Maeda T, Nonaka K, Linneweber J, Glueck J, Fujisawa A, Makinouchi K, Yokokawa M, Nose Y. "Impeller design for a miniaturized centrifugal blood pump". Artificial Organs, 24(10), 821-825, 2000.
  • [7] Arvand A, Hahn 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". Artificial Organs, 28(10), 892-898, 2004.
  • [8] Song G, Chua LP, Lim TM. "Numerical study of a centrifugal blood pump with different impeller profiles". Asaio Journal, 56(1), 24-29, 2010.
  • [9] Leme J, da Silva C, Fonseca J, da Silva BU, Uebelhart B, Biscegli JF, Andrade A. "Centrifugal blood pump for temporary ventricular assist devices with low priming and ceramic bearings". Artificial Organs, 37(11), 942-945, 2013.
  • [10] Nishida M, Negishi T, Sakota D, Kosaka R, Maruyama O, Hyakutake T, Kuwana K, Yamane T. "Properties of a monopivot centrifugal blood pump manufactured by 3D printing". Journal of Artificial Organs, 19(4), 322-329, 2016.
  • [11] İncebay Ö, Yapıcı R. "Santrifüj bir kalp destek pompası prototipinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi". Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim ve Teknoloji Dergisi, 5(4), 472-484, 2017.
  • [12] Paul G, Rezaienia A, Avital E, Korakianitis T. "Machinability and optimization of shrouded centrifugal impellers for implantable blood pumps". Journal of Medical Devices- Transactions of the Asme, 11(2), 1-13, 2017.
  • [13] Mozafari S, Rezaienia MA, Paul GM, Rothman MT, Wen P, Korakianitis T. "The effect of geometry on the efficiency and hemolysis of centrifugal implantable blood pumps". Asaio Journal, 63(1), 53-59, 2017.
  • [14] Stepanoff AJ. Centrifugal and Axial Flow Pumps: Theory, Design, and Application. 2nd ed. New Jersey, USD, Wiley, 1957.
  • [15] Çengel Y. Cimbala JM. Akışkanlar Mekaniği Temelleri ve Uygulamaları. 1. Baskı. İzmir, Türkiye, Güven Bilimsel, 2008.
  • [16] Chan WK, Wong YW, Hu W. "Design considerations of volute geometry of a centrifugal blood pump". Artificial Organs, 29(12), 937-948, 2005.
  • [17] Chopski SG, Fox CS, McKenna KL, Riddle ML, Kafagy DH, Stevens RM, Throckmorton AL. "Physics-driven impeller designs for a novel intravascular blood pump for patients with congenital heart disease". Medical Engineering & Physics, 38(7), 622-632, 2016.
  • [18] Chua LP, Su BY, Lim TM, Zhou TM. "Numerical simulation of an axial blood pump". Artificial Organs, 31(7), 560-570, 2007.
  • [19] Demir O, Biyikli E, Lazoglu I, Kucukaksu S. "Design of a centrifugal blood pump: Heart Turcica Centrifugal". Artificial Organs, 35(7), 720-725, 2011.
  • [20] Koochaki M, Niroomand-Oscuii H. "A new design and computational fluid dynamics study of an implantable axial blood pump". Australasian Physical & Engineering Sciences in Medicine, 36(4), 417-422, 2013.
  • [21] Mohammadi N, Fakharzadeh M. "Analysis of effect of impeller geometry including blade outlet angle on the performance of multi-pressure pumps: Simulation and experiment". Mechanika, 23(1), 107-119, 2017.
  • [22] Nishida M, Nakayama K, Sakota D, Kosaka R, Maruyama O, Kawaguchi Y, Kuwana K, Yamane T. "Effect of impeller geometry on lift-off characteristics and rotational attitude in a monopivot centrifugal blood pump". Artificial Organs, 40(6), 89-101, 2016.
  • [23] Sorguven E, Ciblak N, Okyar AF, Akgun MA, Egrican AN, Safak KK, Ahn H, Lazoglu I, Kucukaksu S. "Flow simulation and optimization of a left ventricular assist device". Proceedings of the Asme International Mechanical Engineering Congress and Exposition 2007, Seattle, Washington, USA, 11-15 November 2007.
  • [24] Patel SM, Throckmorton AL, Untaroiu A, Allaire PE, Wood HG, Olsen DB. "The status of failure and reliability testing of artificial blood pumps". Asaio Journal, 51(4), 440-451, 2005.
  • [25] Demir O. Development of an İmplantable Left Ventricular Assist Device: Heart Turcica Centrifugal. Master of Science, Koc University, İstanbul, Turkey, 2009.
  • [26] İncebay Ö. Santrifüj Kalp Destek Pompası Tasarımı ve Nümerik Analizinin Yapılması. Yüksek Lisans, Selçuk Üniversitesi, Konya, Türkiye, 2017.
  • [27] Çınar H, Yapıcı R. "Yeni bir yüksek hızlı kalp destek pompasının sayısal e deneysel analizi". Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6(1), 38-54, 2018.
  • [28] Gaddum NR, Fraser JF, Timms DL. "Increasing the Transmitted Flow Pulse in a Rotary Left Ventricular Assist Device". Artificial Organs, 36(10), 859-867, 2012.
  • [29] Gardiner JM, Wu JC, Noh MD, Antaki JF, Snyder TA, Paden DB, Paden BE. "Thermal analysis of the pediaflow pediatric ventricular assist device". Asaio Journal, 53(1), 65-73, 2007.
  • [30] Hsu PL, Graefe R, Boehning F, Wu C, Parker J, Autschbach R, Schmitz-Rode T, Steinseifer U. "Hydraulic and hemodynamic performance of a minimally invasive intraarterial right ventricular assist device". The International Journal of Artificial Organs, 37(9), 697-705, 2014.
  • [31] Yayla S, Azhin A, Oruç M. “Hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanarak çeşitli jet hızları ve ayırıcı açıları için bir pelton türbin kepçesine etki eden kuvvetlerin belirlenmesi”. DSİ Teknik Bülteni, 128, 11-21, 2018.
APA USCA Ü, UZUN M, YAPICI R, İNCEBAY Ö (2021). Farklı tiplerdeki çark kanatlarının santrifüj kalp destek pompa performansına etkisinin sayısal olarak incelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27(1), 78 - 89. 10.5505/pajes.2020.50440
Chicago USCA Üsame Ali,UZUN Mahir,YAPICI Rafet,İNCEBAY Ömer Farklı tiplerdeki çark kanatlarının santrifüj kalp destek pompa performansına etkisinin sayısal olarak incelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 27, no.1 (2021): 78 - 89. 10.5505/pajes.2020.50440
MLA USCA Üsame Ali,UZUN Mahir,YAPICI Rafet,İNCEBAY Ömer Farklı tiplerdeki çark kanatlarının santrifüj kalp destek pompa performansına etkisinin sayısal olarak incelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol.27, no.1, 2021, ss.78 - 89. 10.5505/pajes.2020.50440
AMA USCA Ü,UZUN M,YAPICI R,İNCEBAY Ö Farklı tiplerdeki çark kanatlarının santrifüj kalp destek pompa performansına etkisinin sayısal olarak incelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2021; 27(1): 78 - 89. 10.5505/pajes.2020.50440
Vancouver USCA Ü,UZUN M,YAPICI R,İNCEBAY Ö Farklı tiplerdeki çark kanatlarının santrifüj kalp destek pompa performansına etkisinin sayısal olarak incelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2021; 27(1): 78 - 89. 10.5505/pajes.2020.50440
IEEE USCA Ü,UZUN M,YAPICI R,İNCEBAY Ö "Farklı tiplerdeki çark kanatlarının santrifüj kalp destek pompa performansına etkisinin sayısal olarak incelenmesi." Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27, ss.78 - 89, 2021. 10.5505/pajes.2020.50440