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

Abstract

Bu çalışmada, kalp yetmezliği hastalıklarında tedaviye destek amaçlı olarak kullanılan santrifüj kalp destek pompaları için farklı çark kanat geometrilerinin pompa performansına olan etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Pompa tasarım parametreleri olarak, yetişkin bir insan kalbinin çalışma parametreleri baz alınmıştır. Bu parametreler ışığında pompa 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 edilerek pompa performans eğrileri oluşturulmuştur. Elde edilen bulgulara göre tasarım noktası parametrelerine, eğri çark tipinde ve 3850 dev/dk. dönme hızında ulaşılmıştır. Bu noktada pompa hidrolik verimi ise %34 olarak tespit edilmiştir. En yüksek basınç farkı yaklaşık 180 mm-Hg ve 2 l/dk. debide elde edilmiştir. Ayrıca bu çalışmada parametrelerin ve çark kanat tiplerinin kan hasarına (hemoliz) olan etkilerini inceleyebilmek için cidar kayma gerilmeleri de tespit edilmiştir. 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).