بررسي عددي جريان سيال و خون‌ كاوي در داخل پمپ محوري و گريز از مركز به عنوان دستگاه كمك‌ رسان بطن چپ

(Numerical Investigation of Fluid Flow and Hemolysis in Axial and Centrifugal Pump as Left Ventricular Assist Device (LVAD

دستگاه‌هاي كمك رسان بطن با وجود افزايش اميد به زندگي در بيماران با ناراحتي قلبي، داراي مشكلاتي نيز مي‌باشند كه از آن جمله مي‌توان به خون‌كاوي به واسطه تنش برشي بالا و همچنين لخته شدن خون اشاره كرد. به همين دليل آگاهي از نحوه توزيع جريان و اثر پارامترهاي مختلف بر ميزان خون‌كاوي در داخل اين دستگاه‌ها اولين قدم براي بهبود كارآيي آنها خواهد بود. در كار حاضر در ابتدا نتايج خون‌كاوي به كمك ديناميك سيالات محاسباتي براي جريان آرام در داخل لوله و جريان آشفته در داخل محفظه‌اي با ديسك چرخان محاسبه شد و به ترتيب با نتايج تحليلي و آزمايشگاهي مقايسه گرديد و اطمينان از صحت مدل خون‌كاوي حاصل شد. در ادامه با استفاده از شبيه‌سازي عددي، توزيع جريان و ميزان خون‌كاوي در داخل يك پمپ محوري و يك پمپ گريز از مركز به عنوان دستگاه كمك‌رسان بطن چپ انجام گرفت و شرايط كاري، بازده و ميزان خون‌كاوي آنها با يكديگر مقايسه شد. نتايج نشان داد كه انديس خون‌كاوي در پمپ محوري به واسطه بالا بودن تنش برشي و زمان ماند بالاتر از پمپ گريز از مركز مي‌باشد، كه بالا بودن تنش برشي در پمپ محوري رابطه مستقيم با سرعت دوراني بالا و فاصله هوايي پايين بين روتور و پوسته اين پمپ در مقايسه با پمپ گريز از مركز دارد. علاوه بر اين، در شرايط مورد نياز براي گردش خون در داخل بدن، بازده پمپ گريز از مركز بالاتر از پمپ محوري به دست آمد.

Despite significantly improved survival rate in patients with heart failure by Ventricular Assist Devices (VADs), complications related to blood hemolysis and pump thrombosis have challenged the improvement of these devices. Hence, the first step of VADs improvement is studding the flow field and the effect of different parameters on blood hemolysis. Consequently, in the first step of the current study, the CFD analysis of hemolysis in laminar flow inside a pipe and turbulent flow inside a chamber with rotating disc were compared with analytical solution and experimental results, respectively, and good agreements were achieved. Then, numerical simulation was used to calculate the hemodynamics in one axial and one centrifugal pump as a Left Ventricular Assist Device (LVAD), and a comparative analysis of operating conditions, efficiency and hemolysis index was performed. The results showed that the axial VAD had a higher hemolysis index due to its longer residence time and higher shear stress. The higher shear stress in simulated axial VAD compared to centrifugal VAD arises from its higher operating speed and lower gap size. Furthermore, at the required conditions for blood flow in the human body, the centrifugal VAD has higher efficiency than axial VAD.