Abstract
Minimization of hemolysis is one of the key factors for successful axial flow blood pumps. It is, however, difficult to estimate the hemolytic performance of axial flow blood pumps without experiments. Instead, the Computational Fluid Dynamics(CFD) analysis enables the prediction of hemolysis. Three-dimensional fluid dynamics of axial flow pumps with different impellers were analyzed using the CFD software, FLOTRAN. The turbulence model k-$\varepsilon$ was used. The changes in turbulent kinetic energy applied to each particle (red blood cell) flowing through the pumps were computed and displayed by the particle trace method (particle spacing of 10 msec). Also, the Reynolds shear stress was calculated from the turbulent kinetic energy. The shear stress was higher behind the impellers than elsewhere. The CFD analysis could predict in vitro results of hemolysis and also the areas where hemolysis occurred. The CFD analysis was found to be a useful tool for designing less hemolytic rotary blood pumps.
축류형 혈액펌프에서 발생하는 용혈이 이 펌프의 성공여부를 결정짓는 주요한 요인의 하나이다. 지금까지는 용혈을 알아내기 위해서는 in-vitro 적인 실험에 의하여 용혈량을 추정하였으나, 수치유체해석에 의한 용혈량의 추정이 가능하다고 생각된다. 따라서, 본 연구에서는 다양한 형태의 임펠러에 대하여, 난류모델은 k-$\varepsilon$모델을 사용하여 3차원 수치유체역학 해석을 시도하였다. 수치유체해석에 있어서는 펌프 유입측에 입자를 흘려 넣어 이 입자가 매일 10ms마다 받는 난류에너지를 구하여 전단응력으로 환산하였다. 해석결과 전단응력은 주로 임펠러의 후방에서 나타나는 것을 알 수 있었다. 수치유체해석결과의 신뢰성을 확인하기 위하여 임펠러의 in-vitro 실험에 의한 용혈시험 결과를 비교하였으나, 양자 사이에 상관도는 높은 것을 알 수 있었다. 상기한바와 같이 유체 해석에 의한 용혈 예측은 물론 용혈이 발생하는 주요 부위의 예측이 가능함을 시사하고 있어, 축류형 혈액펌프 개발시 용혈 특성 개선을 위한 설계도구로써의 유용함을 확인하였다.