Razvoj črpalke za biološke fluide

Drešar, Primož (avtor), Duhovnik, Jožef (mentor), Gregorič, Igor (komentor)

Pri razvoju malih črpalk za pomoč levemu ventriklu pešajočega srca se v zadnjih dvajsetih letih vedno bolj uporablja računalniška dinamika tekočin, ki je ob primerni validaciji zelo uporabno orodje pri snovanju naprav. Pri doktorski disertaciji smo se osredotočili na simulacije enofaznega toka Newtonske tekočine pri konstantni temperaturi ob uporabi naprednih turbulentnih modelov družin DES in SAS, jih primerjali s široko uporabljenim SST-k? modelom in jih na koncu validirali z eksperimentom. Naloga je sestavljena iz treh delov (raziskav). Pri I. raziskavi smo izvedli preliminarni splošni preizkus na enostavni geometriji iztočne šobe, ki je bila del iniciative za razvoj numeričnih simulacij s strani Uprave ZDA za hrano in zdravila (ang. Federal Drug Administration- FDA). Pri II. raziskavi smo primerjali tokovne karakteristike ?p(Q) male komercialne črpalke HeartAssist5 z vodo in jih validirali. Pri III. raziskavi pa je bila napravljena raziskava na transparentnem preizkuševališču, izdelanem po geometriji komercialne črpalke aVAD, kjer smo numerične simulacije primerjali z merilno metodo PIV. Ugotovili smo, da se pri nominalnih delovnih pogojih naprav najbolje ujemata z eksperimentalnimi podatki napredna turbulentna modela SBES (I. in III. raziskava) in SAS (II. raziskava). SBES turbulentni model je zadnja nadgradnja modela-DES. Kriteriji, po katerih so modeli primerjani, so primerljivi računski časi izračunov na enakih numeričnih mrežah, enakem številu računskih jeder superračunalnika ter ujemanju eksperimentalnih parametrov izračunanih hitrosti in tlaka v primerjavi z numerični simulacijami.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: hitrostna polja, računalniška dinamika tekočin, črpalka, turbulenca, pretok, tlak
• Vrsta gradiva: Doktorsko delo/naloga
• Tipologija: 2.08 - Doktorska disertacija
• Organizacija: FS - Fakulteta za strojništvo
• Kraj izida: Ljubljana
• Založnik: [P. Drešar]
• Leto izida: 2020
• Št. strani: XXX, 107 str.
• PID: 20.500.12556/RUL-121996
• UDK: 532:544.272:621.69(043.3)
• COBISS.SI-ID: 41075971
• Datum objave v RUL: 14.11.2020

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Development of biofluid pump

Izvleček

During the development process of the left ventricular assist devices (LVAD) the computational fluid dynamics (CFD) is increasingly used which is a valuable tool if validated with the experiment. In this thesis we have focused on CFD simulations of one phase, newtonian flow with a constant temperature using advanced turbulence models from DES family and SAS formulation. The comparison has been performed with widely used SST-kω model and all cases have been validated experimentally. Our task was divided into three parts (research cases). In the first case we have investigated the nozzle benchmark which was a part of a Food and Drug Administration (FDA) backed research iniciative with the goal to promote the CFD in mechanics in medicine. In the second case the Δp(Q) flow characteristics were compared in small commercial HeartAssist 5 LVAD using water as fluid. In the third case the investigation was performed on a transparent housing built on a comercial aVAD small pump, where the numerical simulations were compared with the results of Particle Image Velociometry (PIV) method. It has been concluded that the best results were obtained by SBES (I. and III. research case) and SAS turbulence models (II. research case). SBES turbulence model is the latest most updated derivative of the DES model. The criteria for the comparison was chosen like velocity, pressure difference and simulation time on the same hardware setup.

• Ključne besede: velocity fields, computational fluid dynamics, pump, turbulence, flow, pressure