Oxygenatorenentwicklung mittels Simulation von Strömungsbedingungen und Gasaustausch
Umströmung und O2-Sättigung des Blutes in einem Kapillarmembran-Oxygenationsmodell
Oxygenatorenentwicklung mittels Simulation von Strömungsbedingungen und Gasaustausch
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Umströmung und O2-Sättigung des Blutes in einem Kapillarmembran-Oxygenationsmodell | ||
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Das Optimierungsziel besteht bei Oxygenatoren in einer Maximierung der Gasaustauschraten in Verbindung mit nicht zu großen blut- und gasseitigen Druckverlusten und solchen Strömungsbedingungen, bei denen eine Blutschädigung oder -gerinnung vermieden wird.
Dies kann sowohl durch eine Optimierung der globalen Strömungsführung und blutseitigen Geschwindigkeitsverteilung als auch der lokalen Verhältnisse bei der Faseranordnung bzw. Faserumströmung erreicht werden.
Wie auch der Dialysator ist der Oxygenator durch große Unterschiede in den geometrischen Dimensionen des Faserdurchmessers zu den Gehäuseabmessungen gekennzeichnet, die auch aufgrund der großen Faseranzahl eine direkte Simulation des gesamten Oxygenators mit geometrischer Auflösung aller Fasern praktisch unmöglich macht.
Bei dem von der ASD GmbH entwickelten numerischen Oxygenator-Modell wird deshalb ein globales Modell der Strömungsverhältnisse im Oxygenator mit einem lokalen Modell kombiniert, welches die physikalischen und chemischen Vorgänge beim Transport von Sauerstoff und Kohlendioxid im Blut beschreibt und mittels dessen die räumlichen Verteilungen von Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentration in Blut und Gas berechnet werden. Die lokalen Transferraten über die Membran hängen dabei sowohl von den örtlichen Konzentrationsdifferenzen über die Membran als auch den konkreten Membraneigenschaften ab.
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|  Strömungsparameter im Hohlfaserzwischenraum | |||
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Die ASD GmbH verfügt damit über ein komplexes Modell anhand dessen die Vorgänge im Oxygenator weit detailreicher analysiert werden können, als dies mit rein experimentellen Methoden möglich ist. Die Weiterentwicklung von Oxygenatoren wird damit auf eine deutlich breitere Datenbasis gestellt, so daß die Optimierung wesentlich zielgerichteter und effektiver erfolgen kann.
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Verteilung der Blutgeschwindigkeit in Faserbündeln unterschiedlicher Faserdichte
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