回転揺動型磁気浮上ポンプにおける流体-構造-磁場連成解析

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18656057
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 磯山 隆 東京大学, 大学院医学系研究科, 講師 (20302789)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 阿部 裕輔 東京大学, 大学院医学系研究科, 助教授 (90193010) ; 鎮西 恒雄 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教授 (20197643) ; 望月 修一 大阪工業大学, 工学部, 助教授 (00345042) ; 斎藤 逸郎 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (80334225)
• Keywords: 流体工学 / 循環器 / シミュレーション

Research Abstract

研究初年度の解析の第1段階として、回転揺動型磁気浮上ポンプの原型となる揺動型ポンプ(波動ポンプ)の数値流体解析を実施した。波動ポンプはポンプ室内の円板が揺動運動することで血液を順次駆出するメカニズムを有する本研究室独自の血液ポンプである。
ポンプ室内の円板が揺動運動することを数値流体解析ソフトウェア上で表現する際に、円板の運動による血液ポンプ室の形状の変化を微小時刻(タイムステップ)ごとの異なるメッシュを準備することで、円板の運動として表現した。具体的には回転角10度ごとに36個の非構造格子(メッシュ)をCADモデルより準備し、次のタイムステップのメッシュには物理量をインターポレーションすることで解析の連続性を維持し、非定常計算で解析を実施した。これにより基本的な解析手法を確立することができた。
研究の第2段階として、波動ポンプの構造上の特徴である、円板とポンプハウジングとの間のクリアランス(ギャップもしくは間隙)について、クリアランスを0.1mmから1.0mmまで5段階に変化させたときにポンプ拍出性能に及ぼす影響を調べた。
具体的には回転角2度ごとに180個の構造格子をプログラミングにより発生させ、タイムステップごとに物理量をインターポレーションすることで非定常解析を実施した。
解析の結果、ポンプ室側面のクリアランスを変化させる方向の設計変更が、ポンプ室上下面のクリアランスを変化させる方向より、ポンプ拍出性能に及ぼす影響が大きいという結果が得られ、ポンプの設計指針が数値流体解析から導出することができた。