Conception d'une micro-pompe sanguine

L'objectif principal de ce mémoire est la conception d'une pompe sanguine d'assistance ventriculaire ayant un débit de 5L/min et un différentiel de pression de 100 mmHg, avec comme objectif secondaire l'évaluation de la possibilité de remplacer cette pompe par deux pompes identiques en parallèle ayant chacune un débit de 2.5L/min. Un second objectif secondaire était l'exploration de différents logiciels de conception et d'analyse de turbomachines. La conception de la pompe s'est faite à l'aide de CAESES, qui en plus d'être un logiciel de CAO donnant une grande liberté à l'utilisateur, permet également l'optimisation d'un design à l'aide de plusieurs algorithmes, dont un algorithme génétique. Quant aux logiciels Axial et Axcent, bien que testés, ils n'ont pas été utilisés dans la conception et l'analyse de la pompe. L'analyse de la pompe s'est faite principalement en CFD 3D à l'aide de CFX. Cependant d'autres logiciels de la suite Ansys ont été utilisés et testés, entre autres Turbogrid pour le maillage et Vista TF qui est un calculateur throughflow. À l'aide de ces outils, l'effet de plusieurs paramètres a été analysé, en particulier leur effet sur l'efficacité et le coefficient de charge de la pompe. Parmi les paramètres évalués, la variation du rayon au moyeu est le paramètre qui a le plus d'influence sur l'efficacité de la pompe. L'hémolyse et la puissance du design final ont également été évaluées à différents débits et différents différentiels de pression. Comme la pompe a été conçue dans le but d'être la plus efficace à un débit de 5L/min, il est normal que la puissance nécessaire par L/min soit la plus basse pour ce débit. Cependant, la véritable surprise est liée à l'hémolyse puisque contrairement à ce qui était anticipé, ce n'est pas avec le débit le plus bas que l'hémolyse est la plus basse, mais plutôt avec le débit de 5L/min. Finalement, il s'est avéré que ce n'est pas avantageux de placer deux pompes en parallèles avec un débit réduit puisque le rendement est moins bon et que l'index d'hémolyse est plus élevé.

Abstract

The principal objective of this master's thesis is the design and study of an axial blood pump with a volume flow of 5L/min and a pressure differential of 100 mmHg, with a secondary objective of evaluating the possibility of replacing this pump by two identical pumps in parallel with a volume flow of 2.5L/min. Another secondary objective is the exploration and testing of different design and turbomachinery analysis software. The design of the pump was made with CAESES, which is a CAD software that gives great liberty to the user, but also permit the use of different algorithm for the optimisation of a design. For the Axial and Axcent software, they were tested, but they were not used in the design or analysis of the pump. The pump analysis was made using 3D CFD with the CFX software. However, other softwares of the Ansys suite were used and tested: Turbogrid for the mesh creation and Vista TF which is a throughflow calculator. With those tools, it was possible to study the effect of different parameters of the pump. Amongst those parameters, it is the hub radius that has the biggest impact on the pump efficiency. The hemolysis and the power of the pump were also evaluated at different volume flow and delta pressure. Since the pump was designed for a flow of 5L/min, it is normal that the power per L/min is lower for this volume flow. However, the big surprise is that the lowest hemolysis was not found with the lowest volume flow, but the flow of 5L/min. So it is not an advantage to replace the pump at 5L/min by two identical pump in parallel.