Influence of turbulent shear stresses on the numerical blood damage prediction in a ventricular assist device

湍流 剪应力 机械 溶血 剪切(地质) 材料科学 结构工程 压力(语言学) 工程类 物理 复合材料 医学 内科学 语言学 哲学
作者
Benjamin Torner,Lucas Konnigk,Frank-Hendrik Wurm
出处
期刊:International Journal of Artificial Organs [SAGE Publishing]
卷期号:42 (12): 735-747 被引量:20
标识
DOI:10.1177/0391398819861395
摘要

The blood damage prediction in rotary blood pumps is an important procedure to evaluate the hemocompatibility of such systems. Blood damage is caused by shear stresses to the blood cells and their exposure times. The total impact of an equivalent shear stress can only be taken into account when turbulent stresses are included in the blood damage prediction. The aim of this article was to analyze the influence of the turbulent stresses on the damage prediction in a rotary blood pump's flow. Therefore, the flow in a research blood pump was computed using large eddy simulations. A highly turbulence-resolving setup was used in order to directly resolve most of the computed stresses. The simulations were performed at the design point and an operation point with lower flow rate. Blood damage was predicted using three damage models (volumetric analysis of exceeded stress thresholds, hemolysis transport equation, and hemolysis approximation via volume integral) and two shear stress definitions (with and without turbulent stresses). For both simulations, turbulent stresses are the dominant stresses away from the walls. Here, they act in a range between 9 and 50 Pa. Nonetheless, the mean stresses in the proximity of the walls reach levels, which are one order of magnitude higher. Due to this, the turbulent stresses have a small impact on the results of the hemolysis prediction. Yet, turbulent stresses should be included in the damage prediction, since they belong to the total equivalent stress definition and could impact the damage on proteins or platelets.

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