Sürekli akış pompasında güç

Kalp yetmezliği olan hastalarda sol ventrikül destek cihazları ile çalışıyorum. Bu cihazlar, bir santrifüj veya eksenel rotorun sabit bir hızını koruyarak çalışır. Doğal kalp, pompa girişi (kalp) ve çıkış (aort) arasında basınç farkları yaratarak kasılmaya devam eder.

Cihaz ve kalp benim hesaplaşmamla paralel. Hacim A kalbe girer. B Hacmi aort kapaktan çıkar. C hacmi pompadan çıkar. Vücuttaki akış A = B + C'dir. Pompa kapalıysa, gövdede akış A = B'dir. Aort kapakçığı kapatılırsa gövdedeki akış A = C'dir. Cihaz içinden akış arttığında cihaz güç tüketiminin arttığı dogma olarak kabul edilir. Kalp ve pompa, kalbin kırılganlığını paylaşır ve çoğu durumda aynı son yüke maruz kalır.

Pompadaki basınç azaldığında gücün neden arttığını anlamak istiyorum. Pompa boyunca pompa boyunca daha düşük bir delta-P ile daha fazla kütle akışı olacağını anlıyorum. Anlamadığım şey, bu kütle akışının pompayı neden yavaşlattığını ve görünürde direnci aşmak için daha fazla güce ihtiyaç duymasıdır. Artan akışın, rotor dönme enerjisini azalttığı daha mantıklı görünmektedir, çünkü basınç farkındaki azalma, rotora enerji verme etkisine sahip gibi görünmektedir.

Rotoru, pompa boyunca delta P ile döndürmek için neden daha fazla güç gerekir ve bu etkiyi hangi prensipler / denklemler açıklar?

Bu tamamen bir tasarım tercihi. Sabit hızda çalışan bir pistonlu pompa gibi pozitif bir deplasmanlı pompa hayal ederseniz, yapılan iş temelde basınç farkının bir işlevidir, çünkü akış hızı sabittir. Basınç arttıkça, daha fazla iş gerekir. Ters uç, evinizin ısıtma sistemindeki sincap kafesli fan gibi bir pompa olacaktır. Yeterince geri basınç uygularsanız, akış sıfıra gider. Kaydırma içinde, hava sadece fan kanatlarıyla döner. Hiçbir sistemi yapmadan, sistemin çalışmasını sağlamak için hiçbir tork ve iş gerekmez. Geri basıncı düşürmeye başladığınızda, fan havayı hareket ettirmeye başlar. Şimdi bıçaklarda bir tork var çünkü çevre hava hızını kaydırmak için gelen hava kütlesinin hızlandırılması gerekiyor. Yüklenen motor biraz yavaşlar.

Eksenel pompalar, çok sert, geri basınç yükselmesi karşısında büyük bir güç yükselmesine sahip veya yumuşak, geri basınç artışı karşısında küçük bir güç yükselmesine sahip olacak şekilde tasarlanabilir. Fakat akış gerçekten tıkanırsa, her durumda güç düşer. Bu cihazlar normal diyastolik basıncın altında olacak şekilde ayarlanacak, böylece boğulacak ve ventriküler kasılma sırasında serbestçe dönebilecekler. Akışın durma noktasından yükseldikçe, güç tepkisinin nesi tasarımcının takdirine kalmıştır.

Sezgilerinizde eksik olan yönün verimlilik olduğuna inanıyorum. Belirli bir çark çapı için, maksimum verimlilikte çalışabileceği pompa içinden belirli bir akış hızı olacaktır. Aşağıdaki standart grafiğe bakınız. Başın (sizin için delta P) ne kadar yüksek debilerde düştüğünü ve Gücün düşme verimliliğini telafi etmek için nasıl yükselmeye devam ettiğini görebilirsiniz.

Pompadan kanın akış hızının arttırılması istenirse, pompanın güç çıkışı artmalıdır ve bunun sonucu olarak pompanın çıkış basıncı artar. kalp pompaya uygulanan giriş basıncını artırarak mekanik pompaya yardımcı oluyorsa basınç farkı azalmaz; Kalbin ve pompanın seri halinde olduğuna dikkat edin; bu, kalbin ve pompanın geliştirdiği basınçların katkı maddesi olduğu anlamına gelir.