Анализ течения вязкой жидкости в элементах микронасоса для систем вспомогательного кровообращения

Приведены результаты по разработке микронасоса для системы вспомогательного кровообращения. Максимальный диаметр микронасоса равен 6,5 мм, это позволяет вводить его в организм человека через бедренную артерию, что обеспечивает его малоинвазивное применение. Микронасос забирает кровь из левого желудочка сердца и нагнетает ее в аорту за аортальным клапаном. На основании проведенного численного анализа пространственного течения несжимаемой вязкой жидкости (крови) в разработанных элементах микронасоса доказано соответствие его проточной части условиям минимального гемолиза и тромбообразования при нагнетании крови. Разработанный микронасос обеспечивает равномерное распределение давления и скорости крови на выходе, что гарантирует равномерную подачу крови в аорту. По всей проточной части микронасоса отсутствуют зоны застоя крови и вихрей, что понижает тромбообразование в микронасосе. Во всем объеме потока крови даже в периферийном сечении рабочего колеса микронасоса скорости сдвига и касательные напряжения не превышают критических значений, что приводит к минимальному гемолизу крови в разработанных элементах микронасоса. Полученные результаты моделирования течения крови в элементах микронасоса позволили разработать конструкторскую документацию для изготовления и испытания его прототипа на гидравлическом и гемодинамическом стендах

Работа выполнена при поддержке ФГБУ Фонда содействия инновациям (договор № 3052ГС1/44987 от 04 июня 2019 г.)

Литература

[1] Шумаков В.И., Толпекин В.Е., Мелимука И.В. и др. Cхемы имплантации лопаточных насосов для вспомогательного кровообращения. Грудная хирургия, 1992, № 11-12, с. 3--6.

[2] Shumakov V.I., Tolpekin V.E., Romanov O.V., et al. Axial-flow micropumped system of assisted circulation. Biomed. Eng., 1994, vol. 28, no. 5, рp. 231--233. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00556681

[3] Хаустов А.И. Насосы для систем вспомогательного кровообращения. М., Изд-во МАИ, 2008.

[4] Chernyavskiy A., Fomichev A., Ruzmatov T., et al. Long-term biventricular support following myocardial infarction from anterior descending coronary artery damage due to stabbing: a case report. J. Card. Surg., 2020, vol. 35, no. 9, pp. 2422--2424. DOI: https://doi.org/10.1111/jocs.14816

[5] Giridharan G.A., Lee T.J., Ising M., et al. Miniaturization of mechanical circulatory support systems. Artif. Organs, 2012, vol. 36, no. 8, pp. 731--759. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1525-1594.2012.01523.x

[6] Боярский Г.Г., Сорокин А.Е., Хаустов А.И. Экспериментальное определение динамических характеристик микронасосов биотехнической системы орбитальной станции. Вестник МАИ, 2019, т. 26, № 4. DOI: https://doi.org/10.34759/vst-2019-4-184-190

[7] Хаустов А.И. Теоретическое исследование и испытание насосов нагнетательных систем летательных аппаратов. Вестник МАИ, 2008, т. 15, № 1. URL: http://vestnikmai.ru/publications.php?ID=7664

[8] Хаустов А.И., Шашкин И.Н., Киндеев М.И. Проектирование осевых насосов для систем терморегуляции летательных аппаратов. Труды МАИ, 2012, № 50. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=28698

[9] Дмитриева О.Ю., Бучнев А.С., Дробышев А.А. и др. Гемолизные исследования имплантируемого осевого насоса для двухэтапной трансплантации сердца у детей. Вестник трансплантологии и искусственных органов, 2017, т. 19, № 1, с. 22--27. DOI: https://doi.org/10.15825/1995-1191-2017-1-22-27

[10] Wang S., Tan J., Yu Z. Shear stress and hemolysis analysis of blood pump under constant and pulsation speed based on a multiscale coupling model. Math. Probl. Eng., 2020, vol. 2020, art. 8341827. DOI: https://doi.org/10.1155/2020/8341827

[11] Белоцерковский О.М. Численное моделирование в механике сплошных сред. М., ФИЗМАТЛИТ, 1984.

[12] Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. М., Мир, 1990.

[13] Красников Г.Е., Нагорнов О.В., Старостин Н.В. Моделирование физических процессов с использованием пакета Comsol Multiphysics. М., НИЯУ МИФИ, 2012.

[14] Gerasimenko T.N., Kindeeva O.V., Petrov V.A., et al. Modelling and characterization of a pneumatically actuated peristaltic micropump. Appl. Math. Model., 2017, vol. 52, pp. 590--602. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apm.2017.08.008

[15] Хаустов А.И., Толпекин В.Е., Гаврилюк В.Н. и др. Моделирование течения вязкой жидкости в пространственных каналах. Доклады Академии Наук РФ, 1998, т. 358, № 6, с. 1--4.