ふれまわり運動中の遠心型血液ポンプ羽根車に作用する非定常流体力の測定

摘要

本研究で対象としている人工心臓ポンプは，磁気ベアリングにより羽根車は完全非接触で支持されている．このため，軸封装置やベアリングを持たないことから軸の変位に対する復元力が小さく，常に軸危険速度以上で運転される．軸危険速度を超えて運転されるターボ機械には，ロケットエンジン用のターボポンプや自動車用ターボチャージャー，高圧ガス圧縮機などがあげられるが，しばしば羽根車に作用するロータダイナミック流体力が原因と思われる不安定振動が発生する事が知られており，人工心臓ポンプにおいても同様の問題が考えられる．ロータダイナミック流体力を生じると羽根車はふれまわり運動を生じ横力が発生し，この横力が羽根車の安定性に大きく影響を及ぼす．現在までに，いくつかのターボ機械に関してふれまわり運動に関する研究はなされているが，人工心臓ポンプに対する計測例はない．そこで本研究では，人工心臓ポンプの拡大モデルを用いて，実験的にふれまわり運動下における非定常流体力を測定した．なお，実機を用いた実験におけるレイノルズ数は1.7×10~5程度であるが，拡大モデルを用いた本研究では，実験装置の都合上，レイノルズ数は1.9×10~6程度となっている．