Hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanılarak eksenel kalp destek pompa performansının incelenmesi
Investigation of axial heart assist device pump performance using computational fluid dynamics
Yazar: RESUL TEKE
Danışman: PROF. DR. RAFET YAPICI
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kalp hastalıkları içinde çok önemli bir yer tutan kalp yetmezliğinin en etkin tedavi yöntemlerinin başında kalp transplantasyonu gelmektedir. Her ne kadar etkin bir yol olsa da her hastaya uygulanamadığından bu hastalık için alternatif tedavi yöntemleri aranmaya başlanmıştır. Zaman içinde gelişen teknoloji de bu hastalığın hızla yayılması karşısında etkin bir yol olarak kalp pompası fikrini ortaya çıkarmıştır. 1960'lı yıllarda ilk kalp pompası deneyiminden bu yana bu cihazların bu hastalığa karşı etkin bir yöntem olduğunu göstermiştir. Günümüzün gelişen teknolojisi ile birlikte tıp alanında yapılan birçok teknolojik çalışmalar, bu cihazların insan hayatında önemli bir paya sahip olmasına yol açmıştır.
Bu çalışmada, pompa tasarım programları kullanılarak eksenel akışlı bir çocuk kalp destek pompası tasarlandı. Bu pompanın performansı, hesaplamalı akışkan dinamiği (HAD) yazılımıyla kT-kL-w türbülans modeli kullanılarak belirlendi. Katı modeli oluşturulan pompanın gövdesi alüminyum bloktan CNC işleme tezgâhında imal edildi. Bu kalp destek pompasının çarkı, doğrultucusu ve difüzörünün 3D yazıcıyla imalatı yapıldı. Bu prototip pompanın, HAD simülasyonuyla belirlenen performans sonuçlarının deneysel doğrulaması, su ile yapıldı. Pompanın 9000-12000 dev/dak dönme sayısı aralığında, debisi 0.5-5 L/dak ve basınç farkı 35-95 mmHg arasında değişti. Kan benzeri akışkan için 2 L/dak tasarım debisi ve 80 mm-Hg'lik tasarım basıncı 11750 dev/dak dönme sayısında elde edildi. Çalışmanın sonunda, tasarım noktasında pompadaki cidar kayma gerilmeleri ve akış çizgileri incelendi.

Abstract:
Heart transplantation is one of the most effective treatment methods of heart failure, which is a very important part of heart diseases. Although it is an effective way, since it can not be applied to every patient, alternative treatment methods are being sought for this disease. Technology developed over time has revealed the idea of heart pump as an effective way to deal with the rapid spread of this disease. Since the first heart-pumping experience of the 1960s, it has proved that these devices are an effective method against this disease. . With today's advancing technology, many technological studies in medical field have started to have an important share in human life of these devices.
In this study, an axial flow child heart support pump was designed using pump design programs. The performance of this pump was determined using the kT-kL-w turbulence model with computational fluid dynamics (CFD) software. Body of this pump is manufactured from aluminum block with CNC machining center. The heart assist pump's impeller, straightener and diffuser were manufactured with 3D printers. Experimental verification of the performance results of this prototype pump determined by CFD simulation was made with water. In the range of 9000-12000 rpm of the pump speed, the flow rate varied between 0.5-5 L/min while the pressure difference varied between 35-95 mmHg. Design pressure of 80 mmHg for design flow rate of 2 L/ min was achieved at 11750 rpm for blood-like fluid. At the end of the work, the wall shear stresses and flow lines in the pump were examined at the design point.