Hidrodinamik kaymalı yataklı santrifüj kan pompası tasarımı ve hidrolik performansının belirlenmesi

Abstract

Son yıllarda insan sağlığını olumsuz etkileyen rahatsızlıklardan birisi kalp yetmezliğidir. Kalp yetmezliği, kalp performansının azalması sonucu kalbin doku ve organlara yeterli kanı pompalayamaması durumudur. Kalbin yeterli kanı pompalayabilmesi için kan pompalarını içeren kalp destek cihazları kullanılmaktadır. Kan pompaları, kalp performansını desteklemek için vücut içine yerleştirilebildiği gibi vücut dışında da kullanılabilir.Bu çalışmada; kan pompası tasarımı için gerekli parametreler 5 L/dak hacimsel debi, 3000 dev/dak dönme sayısı ve 100 mmHg basma yüksekliği olarak belirlenmiştir. Hidrodinamik kaymalı yataklı santrifüj bir kan pompasının tüm elemanlarının katı modelleri oluşturulmuş ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile ön analizleri yapılmıştır. Yarı açık çarklı monoblok kan pompasının prototipi üretilmiştir. Pompanın yataklama elemanı olarak hidrodinamik kaymalı yataklama tekniği tercih edilmiştir. İki farklı test akışkanı kullanılan deney düzeneğinde; Newton tipi test akışkanı için su-gliserin çözeltisi (hacimce %40 gliserin ve %60 su) ve Newton tipi olmayan test akışkanı için su-ksantan çözelti (kütlece %0,06 ksantan sakızı) kullanılmıştır. Her iki akışkan için pompanın dört farklı dönme sayısında hidrolik performansları belirlenmiştir. Tasarım debisinde HAD sonuçları ile deney sonuçları karşılaştırılmıştır. Elde edilen verilere göre sonuçların birbirleri ile uyumlu olduğu görülmüştür. Tasarım parametresinde; deneysel hidrolik verim, Newton tipi akışkan için %35.8 ve Newton tipi olmayan akışkan için %34.4 olarak belirlenmiştir.

In recent years, heart failure is one of the diseases that affect human health negatively. Heart failure is a condition that the heart cannot pump the required blood to the tissues and organs as a result of decrease in heart performance. Heart support devices including blood pumps are used for the heart to pump enough blood. Blood pumps can be placed in vivo as well as in vitro to support heart performance. In this study; the parameters required for the design of the blood pump were determined as 5 L/min volumetric flow rate, 3000 rpm rotation speed and 100 mmHg head pressure. Solid models of all components a centrifugal blood pump with hydrodynamic journal bearing were designed and preliminary analyzed with computational fluid dynamics (CFD). The prototype of the semi-open impeller monoblock blood pump was produced Hydrodynamic journal bearing technique is preferred as the bearing element of the pump. In the experimental setup using two different testing fluid, aqueous glycerin solution (by volüme 40% glycerin and 60% water) was used for Newtonian fluid and aqueous Xanthan gum solution (by mass 600 ppm Xanthan gum) was used for non-Newtonian fluid. The hydraulic performances of the pump at four rotational speeds for both fluids were determined. In the design flow rate, CFD results were compared with experimental results. According to the data, it was observed that results are in a good compatible. In the design parameter; Experimental hydraulic efficiency were determined 35.8% for Newtonian fluid and 34.4% for non-Newtonian fluid.