Santrifüj kalp destek pompası tasarımı ve nümerik analizinin yapılması
Design and numerical analysis of a centrifugal heart assist pump
Yazar: ÖMER İNCEBAY
Danışman: PROF. RAFET YAPICI
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Vücuttaki dolaşım sisteminin en büyük organı kalpteki fonksiyon bozukluklarına bağlı ölümlerin azaltılması amacıyla kalbe destek olmak üzere mekanik cihazlar kullanılmaktadır. Ventricular Assist Device (VAD) olarak adlandırılan bu cihazlar, kalbe  paralel bir mini pompa olarak çalışmak üzere; debi, basınç ve dönme hızı gibi parametrelere göre tasarlanmaktadır.
Bu çalışma için tasarım parametreleri olarak 3000 dev/dak dönme hızı, 100 mm-Hg basınç ve 5 lt/dak debi kabul edilen bir santrifüj kalp destek cihazı tasarlanmıştır. Tasarlanan pompanın çarkı ve salyangozunun katı modelleri oluşturulmuş ve HAD simülasyonlarıyla ön analizleri yapılmıştır. Ön analiz sonuçlarına göre iyileştirilmiş pompa çarkı 3D yazıcıyla, salyangozu ise alüminyumdan imal edilmiş olup fonksiyonelliğinin istenen seviyede olduğunu teyit etmek üzere bir deney düzeneği vasıtasıyla farklı dönme hızlarında basınç ve debisi ölçülmüştür. Deneyler önce su ile yapılmış, daha sonra kana benzer akışkan özellikleri gösteren hacimce %40 gliserin ve %60 su karışımı kullanılmıştır. 
Son olarak, su ve gliserin çözeltisi için aynı pompanın HAD simülasyonu ile elde edilen performans sonuçları deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Bu sonuçlar arasında genellikle iyi bir uyum olduğu görüldü. Akışkan olarak su-gliserin çözeltisi kullanılan deneysel sonuçlarla HAD simülasyon sonuçları arasında yaklaşık %15 sapma olduğu görüldü. HAD simülasyonlarıyla yapılan analizlerde; maksimum kayma gerilmesi değeri su için 664.7 Pa ve su-gliserin çözeltisi için 1271 Pa bulundu.

Abstract:
Mechanical devices have been used to decrease morbidity depend on functional disorder at hearth which is the largest organ of circulatory system at body. These devices, which are called Ventricular Assist Devices (VAD), are designed by parameters as; flow rate, pressure and motor speed to operate as a mini pump that works parallel to heart.
In this study, a centrifugal heart assist pump has been designed and as design parameters; 5 L/min flow rate, 3000 rpm motor speed and 100 mm-Hg pressure rise have been selected. Solid models of designed impeller and volute are generated and initial analyses were made by CFD simulations. According to initial analyses impeller and volute are improved then impeller is manufactured with 3D printer and volute by aluminum. To confirm required functionality was met, pump was connected to a test rig and pressure rise and flow rate measured at different motor speeds. At first experiments were performed with water, later volumetric ratio of 40% glycerin-60%water solution, which has similar low properties to blood, was used.  
Finally, for the same pump performance results of CFD simulations and experiments were compared for water and glycerin solution. Generally, a fine agreement between experimental and CFD determined pump performance results has been seen. However, nearly 15% of deviation between CFD determined and experimental pump performance results has been obtained for tests which water-glycerin solution used as fluid. At CFD simulations maximum shear stress value for water was 664.7 Pa and 1271 Pa for glycerin solution was obtained.