مدل سازي انتقال جرم و بررسي رفتار جرياني در غشاهاي توخالي دستگاه ريه مصنوعي

دستگاه های ریه مصنوعی به طور گستردهای در عمل جراحی باز مورد استفاده قرار میگیرند. در دستگاه ریه مصنوعی عملیات انتقال جرم بین دو فاز خون و گاز كه توسط غشاهای توخالی نیمه تراوا از هم جدا شده اند، انجام میگیرد. مدل سازی انتقال جرم در این غشاهای توخالی برای پیش بینی بازدهی انتقال گاز در جهت بهبود كارایی دستگاه های ریه مصنوعی ضروری میباشد. رویكردهای اخیر در مدلسازی جریان خون و انتقال گاز در غشاهای توخالی را میتوان به دودسته شبه همگن و ناهمگن تقسیم نمود. مقاله حاضر شبیه سازی كمی و كیفی انتقال جرم، رفتار جریان خون، تاثیر آرایش غشاهای توخالی برروی میزان انتقال اكسیژن و دی اكسیدكربن و همچنین رفتار ترمودینامیكی خون برای دو آرایش مربعی و مثلثی را ارائه میدهد. در این مطالعه همچنین رفتار جریان خون با در نظرگرفتن دو مدل جریان ویسكوز نیوتنی و پاورلا مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان نیز اثر ویسكوزیته خون و جدایش جریان را بر روی میزان انتقال جرم در غشاهای توخالی نشان داده ایم. برای شبیه سازی از نرم افزار كامسول استفاده نموده ایم كه از روش حل عددی المان محدود بهره میگیرد. نتایج نشان میدهند كه جریان ویسكوز نیوتنی دارای بازده ی بیشتری نسبت به مدل پاورلا مییاشد. با در نظرگرفتن این واقعیت كه وجود آشفتگی در جریان امكان لخته شدن پلاكتها را در پی دارد، به دلیل اینكه در مدل پاورلا هیچگونه جدایش جریان و آشفتگی حتی در سرعتهای بالا مشاهد

Blood oxygenators are commonly used in cardiopulmonary bypass for open heart surgery and for extracorporeal membrane oxygenation for cardiac/cardiopulmonary support. Reliable modeling of this physical phenomenon is essential to predict the gas transfer performance for development of efficient artificial lung devices and blood oxygenators. The currently used approaches to model the blood flow and gas transfer in the hollow fiber membrane bundles can be classified as pseudo-homogeneous and heterogeneous models. The present study confers a qualitative and a quantitative simulation of mass transfer, fluid behavior of blood, the effect of hollow fiber array on oxygen and CO2 transmissibility as well as the dynamic behavior of blood for both the square and triangle arrangement. The paper also investigates the behavior of blood fluid for the Newtonian viscous flow in comparison to the one for power-law model. In the end, we investigate the effect of blood velocity and flow separation in mass transfer rate on hollow fiber. In order to do so we take into account both the models simultaneously. For this purpose, we utilize the COMSOL multiphysics software which uses the finite element method to solve the problems. the results indicate that the Newtonian viscous flow has a high efficency In comparison to the power law model. Considering the fact that the existence of turbolency may bring about coagulation of placket, the latter model has an advantage over the former one since we did not see any seperation flows and turbulency even at high velocity when we employed power law model.