Santrifüj bir kan pompasının rotoruna etki eden akışkan kuvvetlerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile incelenmesi
Investigation of fluid forces acting on the rotor of a centrifugal blood pump by computational fluid dynamics
- Tez No: 1010829
- Danışmanlar: PROF. DR. RAFET YAPICI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Santrifüj Kan Pompası, Hidrodinamik Kuvvet, Radyal Kuvvet, Eksenel Kuvvet, HAD, Yatak Açıklığı, Hemoliz, LVAD, Centrifugal Blood Pump, Hydrodynamic Force, Radial Force, Axial Force, CFD, Bearing Clearance, Hemolysis, LVAD
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Konya Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Son dönem kalp yetmezliği tedavisinde kullanılan Sol Ventrikül Destek Cihazlarının (LVAD) başarısı, pompanın hidrolik performansı kadar, rotoru askıda tutan manyetik veya hidrodinamik yataklama sistemlerinin kararlılığına da bağlıdır. Bu tez çalışmasında, tasarlanan santrifüj bir kan pompasının hidrolik performansı ve rotor üzerine etki eden hidrodinamik kuvvetler, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ile incelenmiştir. Çalışma kapsamında, rotor ile gövde arasındaki ikincil akış yolunu oluşturan yatak açıklığının, kuvvet dengesi üzerindeki etkisini belirlemek amacıyla parametrik bir analiz yürütülmüştür. 50 μm yatak açıklığına sahip referans model ile 75 μm ve 100 μm açıklığa sahip varyasyonlar; 3000 dev/dak sabit hızda ve 3-8 L/dak debi aralığında analiz edilmiştir. Ayrıca 30 μm, 60 μm, 85 μm ve 120 μm yatak açıklığına sahip varyasyonlar aynı devir hızında 5 L/dak debide analiz edilmiş ve sonuçlar karşılaştırmalı bir şekilde incelenmiştir. Gerçekleştirilen HAD hesaplamalarının sonuçlarına göre, 50 μm yatak açıklığına sahip referans modelin 5 L/dak debide %10.5 verim ile 110 mmHg basınç farkı ürettiği görülmüştür. Kuvvet analizleri incelendiğinde; bu modelin, 0.18 N radyal kuvvet ve 0.14 N eksenel kuvvet değerleri ile en stabil çalışma karakteristiğini sergilediği görülmüştür. Yatak açıklığının 75 μm'ye çıkarılması durumunda, hidrolik verimin %17'ye yükseldiği ancak bununla beraber rotora etki eden eksenel kuvvetin de 3.76 N seviyesine ulaştığı tespit edilmiştir. Mekanik güvenlik ve kuvvet dengesi açısından akışkan kuvvetlerinin minimize edildiği tasarımın 50 μm yatak açıklığına sahip model olduğu görülmüştür. Ayrıca, dar kesitlerde oluşan yüksek duvar kayma gerilmelerinin, kısa maruziyet süreleri nedeniyle kabul edilebilir hemoliz sınırları içerisinde kaldığı değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
The success of Left Ventricular Assist Devices (LVADs) used in the treatment of end-stage heart failure depends on the stability of the magnetic or hydrodynamic bearing systems suspending the rotor, as well as the hydraulic performance of the pump. In this thesis study, the hydraulic performance of a designed centrifugal blood pump and the hydrodynamic forces acting on its rotor were investigated using Computational Fluid Dynamics (CFD). Within the scope of the study, a parametric analysis was conducted to determine the effect of the bearing clearance, which forms the secondary flow path between the rotor and the housing, on the force balance. The reference model with a 50 μm bearing clearance and the variants with 75 μm and 100 μm clearances were analyzed at a constant speed of 3000 rpm and within a flow rate range of 3-8 L/min. Furthermore, variants with 30 μm, 60 μm, 85 μm, and 120 μm bearing clearances were analyzed at the same rotational speed at a nominal flow rate of 5 L/min, and the results were examined comparatively. According to the results of the CFD calculations, the reference model with a 50 μm bearing clearance produced a pressure difference of 110 mmHg with a hydraulic efficiency of 10.5% at a 5 L/min flow rate. When the force analyses were evaluated, this model exhibited the most stable operating characteristics with radial and axial force values of 0.18 N and 0.14 N, respectively. It was determined that when the bearing clearance was increased to 75 μm, the hydraulic efficiency rose to 17%; however, the axial force acting on the rotor simultaneously reached 3.76 N. In terms of mechanical safety and force balance, the model with the 50 μm bearing clearance was found to be the optimum design where fluid forces were minimized. Additionally, it was evaluated that the high wall shear stresses occurring in the narrow sections remained within acceptable hemolysis limits due to the short exposure times of the blood cells.
Benzer Tezler
- Development of a miniature and implantable heart pump as the left ventricular assist system: Heart Turcica centrifugal
Minyatür ve vücuda yerleştirilebilir bir kalp pompasının sol karıncık destek sistemi olarak geliştirilmesi: Santrifüj Türk kalbi
ÇINAR ERSANLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Bir kalp destek pompasının geometrik optimizasyonu
Geometric optimization of a heart assist pump
ÖMER İNCEBAY
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. RAFET YAPICI
- Heliko-santrifüj kalp destek pompasının sayısal ve deneysel analizi
Numerical and experimental analysis of a helico-centrifugal heart assist pump
FEHMİ MUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAFET YAPICI
- Yeni bir yapay kalp destek pompasının hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi ve optimizasyonu
Computational fluid dynamics analysis and optimization of a new artificial heart support pump
NAZLIHAN KILIÇASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mühendislik Bilimleriİzmir Bakırçay ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KADİR GÖK
PROF. DR. AKİL BİRKAN SELÇUK
- Hidrodinamik kaymalı yataklı santrifüj kan pompası tasarımı ve hidrolik performansının belirlenmesi
Design and hydraulic performance determination of a centrifugal blood pump with hydrodynamic journal bearing
AHMET ÖNDER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAFET YAPICI