Oxygenator - Simulation von Strömung und Gasaustausch
Allgemein ist der Oxygenator ein Teil einer Herz-Lungen-Maschine und kann kurzzeitig die Funktion der Lunge ersetzen. In ihm wird das Blut mit Sauerstoff angereichert und Kohlendioxid aus dem Blut entfernt. Der Gasaustausch findet entlang gasdurchlässiger Membranen infolge von Partialdruckdifferenzen statt.
Ziel der Optimierung des Oxygenators ist die Maximierung der Gastauschraten in Verbindung mit akzeptablen gas- und blutseitigen Druckverlusten. Wichtig ist die Vermeidung von Blutschädigung und Blutgerinnung.
Methode - Zunächst werden die globalen Strömungsverhältnisse im gesamten Oxygenator untersucht. Dabei werden die gasdurchlässigen Membranen als Widerstand für die Strömung beschrieben. Im lokalen Modell der Faserströmung werden dann die physikalischen und chemischen Vorgänge beim Transport und Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid im Blut und über die Membran analysiert.
Ergebnis dieser Simulation ist die räumliche Verteilung der Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentration in Blut und Gas sowie die Vorhersage der gesamten Gasaustauschmenge. Ebenso wichtig ist die Lokalisierung und mögliche Vermeidung von Bereichen mit hohen Scherraten (Hämolyse) und Stagnationsgebieten (Blutgerinnung).
- Simulationsergebnisse für die Strömung zwischen den Hohlfasern
- Sauertsoffpartialdruck im lokalen Modell
- Oxygenatorprinzip
