Study on the Modeling Technique for Prediction about Pressure Drop of an Intravenous Lung Assist Device

In this paper, the correlation of Pressure drop about the Newtonian and non-Newtonian fluid was investigated experimentally for vibrating intravascular lung assist device (VIVLAD) and we determined correlation equation to make a prediction about Pressure drop for designing VIVLAD. Design conditions to predict the pressure drop of the modules were studied through an experimental modeling before inserting the artificial lung assist device into as venous. Experiments were performed by distilled water, glycerol/water mixed solution(40% glycerol) of Newtonian fluids. and the bovine blood of non-Newtonian fluids. These fluids were flowed outside and parallel of hollow fiber membranes. Also we measured pressure drop according to the number of the fiber membranes which ware inserted into the inside diameter of shell of 3 cm, and developed the prediction equations by curve fitting method based on correlation between the experimental pressure drop and the frontal area or the packing density of device. The result showed that the Pressure drop and the friction factor of the water/glycerol mixed solution were similar to that of bovine blood. It was showed that the water/glycerol mixed solution (40% glycerol) could be used for measuring the pressure drop and the friction factor instead of the bovine blood. Also, we could estimate the prediction equation of pressure drop and friction factor as the function of Packing density at the number of hollow fibers. We obtained the reliance of the prediction equations because the pressure drop and the friction factor measured from the experiments were similar to that from the prediction equation. These results may be used to further usefulness for the design of VIVLAD.

혈관 내 폐 보조장치의 압력손실 예측을 위한 모델링기법에 관한 연구

본 연구에서는 혈관 내 폐 보조장치(Vibrating Intravascular Lung Assist Device. VIVLAD)에서의 뉴우튼 유체와 비뉴우튼 유체의 압력손실관계에 대한 관계를 고찰하고자 하였으며, VIVLAD를 선계하기 위한 압력 강하를 예측할 수 있는 관계식을 결정하고자 하였다. 혈관 내 폐 보조장치를 정맥에 삽입하기 전, 모듈 설계를 위하여 압력손실을 예측하기 위한 설계조건을 실험적 모델을 통하여 연구하고자 하였다. 뉴우튼 유체로 증류수와 글리세롤/증류수 혼합용액을 이용하였으며, 비뉴우튼 유체는 혈액을 이용하여 실험을 수행하였다. 액체의 흐름은 중공사의 외부로 평행하게 흐르도록 하였다. 내경의 직경을 3cm로 고정한 관에 삽입되는 중공사 개수의 변화에 파른 압력손실을 측정하였으며 실험에 의하여 얻어진 압력손실과 중공사의 전면면적과의 상관관계를 curve fitting을 통하여 유도하였고 유도되어진 관계식을 이용하여 관내에 삽입되는 중공사 개수의 변화에 따른 압력손실을 예측하였다 그리고 실험을 통하여 예측되어진 값과 비교 검토하여 유사성을 찾고자 하였다. 실험결과 40%글리세롤 용액에서의 압력손실과 혈액에서의 압력손실과 마찰계수는 유사한 결과를 보였다. 이 실험에서 VIVLAD의 압력손실을 측정하는데 40%글리세롤 용액이 이용될 수 있음을 보였다 또한 장치 내에서의 압력손실과 마찰계수에 대한 관계식을 중공사 충진율의 함수로 관계식을 유도할 수 있었으며. 관계식에 의하여 압력손실을 예측할 수 있었다. 또한. 실험에 의한 압력손실과 비교하였을 때 유사한 경향성을 보여 줌으로써 압력손실 예측의 신뢰성을 얻을 수 있었다. 이와 같은 연구결과는 VIVLAD를 설계하는데 유용한 자료가 될 것이다.