Computational pulsatile flow and efficiency analysis of biocompatible microfluidic artificial lungs for different fiber configurations

Ortalama boyutta bir mikro akışkan yapay akciğerin farklı sütn-sıra en-boy oranlarındaki konfigürasyonları; akış özellikleri, gaz transfer performansı, basınç kaybı, ve biyouyumluluğu sağlayan uygun duvar kayma gerilimlerinin incelenmesi için nümerik olarak analiz edilmektedir. Akış tamamen laminerdir ve sıkıştırılamaz olduğu varsayıl-\linebreak maktadır. Problemin çözümü hem Newtonyen hem de Newtonyen olmayan Carreau model ile yapılmaktadır. Gaz transferi analizi birleşik konveksiyon-difüzyon denk- \linebreak lemi çözülerek yapılmaktadır. Nümerik simülasyonlar yapılırken sonlu elemanlar yön- \linebreak temi kullanılmaktadır. Giriş debisi, kardiyak döngünün cihaz üzerindeki etkisini simule etmek için sinüzoidal dalga fonksiyonuyla modellenmektedir. Model ilk olarak hem durağan durumun deneysel sonuçlarlarla hem de geçici rejim analizinin korelasyonlarla karşılaştırılmasıyla doğrulanmaktadır. Doğrulanan model, hem durağan akış hem de pulsatil akış durumlarında parametrik çalışma için kullanılmaktadır. Sonuçlar, artan boy-en oranının, yakınsayan gaz transfer hızına, artan basınç kaybına, ve artan duvar kayma gerilimine sebep olduğunu göstermektedir. Biyouyumluluk için uygun kayma gerilimi limitlerinin sağlanması kritik bir rol oynamaktadır. Ayrıca, durağan durum analizinin yüksek boy-en oranları için gaz transfer performansını daha düşük bulduğu gözlemlenmektedir. Newtonyen modelde basınç kaybı ve kayma gerilimi değerlerinin Carreau modele göre daha düşük olduğu görülmüştür. Buna karşılık, Newtonyen modelde gas transfer performansının Carreau model sonuçlarına göre yaklaşık \% 5 daha yüksek olduğu bulunmaktadır.