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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2016.tde-21072016-092253
Document
Author
Full name
Guilherme Barbosa Lopes Junior
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2016
Supervisor
Committee
Gómez, Luben Cabezas (President)
Albuquerque Neto, Cyro
Bock, Eduardo Guy Perpétuo
Greco Junior, Paulo Celso
Lobosco, Raquel Jahara
Title in Portuguese
Metodologia para análise computacional de escoamento sanguíneo em dispositivos de assistência ventricular
Keywords in Portuguese
DAV
Hemodinâmica computacional
Hemólise
Metodologia
Abstract in Portuguese
O avanço da bioengenharia atual tem sido motivado pela crescente necessidade da humanidade em se buscar formas para amenizar o sofrimento, garantir tempo para um tratamento, melhorar a qualidade de vida ou sanar quadros clínicos de pacientes. Assim, a crescente necessidade de órgãos artificiais impulsiona a área de bioengenharia para que seja dado um suporte no desenvolvimento destes mecanismos. Neste contexto se encontra o presente trabalho. Aqui, apresenta-se uma metodologia numérica para que seja aplicada a desenvolvimento e testes de Dispositivos de Assistência Cardíaca, de forma a otimizar o processo de desenvolvimento e estimar os possíveis problemas inerentes ao seu funcionamento. Compondo a metodologia, uma ampla discussão de cada etapa numérica foi elaborada, contribuindo para uma metodologia flexível para uma ampla variedade de aplicações. A hemólise também foi investigada através dos principais modelos da literatura, bem como foram propostos modelos adaptados para tentar estimar a hemólise verificada experimentalmente. Além das metodologias para cada etapa, uma metodologia geral utilizando Sistemas de Referências Múltiplas (SRM) compõe os resultados, para uma sequência de passos numéricos que possa obter resultados satisfatórios em comparação com resultados de bancada por loop test. Outros resultados encontrados e devidamente discutidos foram inerentes a uma densidade de malha a ser utilizada para que ocorra simulações com independência de malha, na qual uma densidade a partir de 318,43 elementos/mm³ para referenciais não-inerciais é proposta. O mapeamento da turbulência por seis modelos que aplicam a média de Reynolds também é discutido, indicando os melhores modelos a serem empregados para um número de Reynolds relativo (Re*) que relaciona a influência dos contornos nos resultados numéricos obtidos. Além disso, uma nova abordagem por tensão fisiológica é proposta para o cálculo da hemólise, sendo comparada aos modelos clássicos adotados. Os resultados para hemólise indicam um bom ajuste para o novo modelo proposto, bem como indica o correto tratamento de unidades para os modelos tradicionais. Por fim, as análises recaem na melhoria do dispositivo e conclui a metodologia numérica a ser empregada, preenchendo lacunas em cada etapa e determinando uma maneira de análise numérica cujos resultados são confiáveis.
Title in English
Computational analyses methodology for blood flow in ventricular assist devices
Keywords in English
Computational hemodynamic
Hemolysis
Methodology
VAD
Abstract in English
The advance of current bioengineering has been driven by the increasing need of humanity to seek ways to alleviate the suffering, ensure time to treatment, improve the quality of life or cure medical conditions of patients. Thus, the growing need for artificial organs boosts bioengineering area to be given a support in the development of these mechanisms. In this context is the present work. Here, we present a numerical methodology to be applied to development and Cardiac Assist Devices tests in order to optimize the development process and estimate the potential problems inherent in their operation. Compounding the methodology, a comprehensive discussion of each numerical step was developed, contributing to a flexible methodology for a wide variety of applications. Hemolysis was also investigated through the main models of literature, and have been proposed models adapted to try to estimate hemolysis verified experimentally. In addition to the methodologies for each step, a general methodology using Multiple Reference Systems (MRF) makes up the results for a sequence of numeric steps you can get satisfactory results compared to bench test results for loop. Other findings were discussed and properly attached to a mesh density being used for simulations occurring independently mesh in which a density from 318.43 elements/mm³ Non-inertial frames is proposed. The mapping of turbulence six models applying Reynolds medium is also discussed, indicating the best designs to be employed for a number of relative Reynolds (Re*) that relates the influence of the contours of numerical results obtained. In addition, a new approach by physiological stress is proposed for the calculation of hemolysis, being compared to classic models adopted. The results for hemolysis indicate agreement with the proposed new model, and indicates the correct treatment units to the traditional models. The final analyses fall into improved device and completes the numerical methodology to be used by filling gaps in each step and determining a way to numerical analysis results which are dependable.
 
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guilhermeblopesjr.pdf (9.65 Mbytes)
Publishing Date
2016-07-26
 
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