Although the gold standard for treating end-stage heart failure (Class III and Class IV) is heart transplant, implantation of Left Ventricular Assist Devices (LVADs) as an alternative treatment has been widely used due to limited availability of donor hearts. Despite the great improvement in expectancy and quality of life for patients treated with LVADs, the postoperative complications including bleeding, hemolysis and thrombosis still exist, making patients suffer. Many studies have shown that these complications are highly related to the implementation of LVADs since continuous exposure of blood to the devices causes the accumulated damage to blood cells.

The main objective of this thesis is to generate numerical simulations to verify the concept of a novel design of axial-flow LVAD and optimize its geometry in order to increase its hydraulic efficiency and minimize blood damage. Unlike conventional axial-flow LVADs, the blades of the novel design are mounted on the shroud of the device. Hubless LVAD could significantly reduce the operating speed of the device while capable of providing necessary blood flow due to larger pumping volume per unit time. In addition, a secondary diffuser was implemented to guide the flow and increase its hydraulic efficiency. The geometry was built using software CAESES and then parameterized and exported into ANSYS for meshing and further simulation. Multiple evaluation parameters were monitored and imported into CAESES as objectives to run the design explorations by varying the design variables and achieve optimal configuration. Comparing the baseline model, the optimized geometry increased its pressure rise between outlet and inlet from 2806 Pa to 14102 Pa while the hemolysis index only increased approximately 15%, from 0.0021% to 0.0024%. The hydraulic efficiency also increased from 7.6% to 59.6%.

Bien que la référence pour le traitement de l'insuffisance cardiaque terminale (classe III et classe IV) soit la transplantation cardiaque, l'implantation de dispositifs d'assistance ventriculaire gauche (LVADs en anglais) comme traitement alternatif a été largement utilisée en raison de la disponibilité limitée de cœurs de donneurs. Malgré les progrès considérables réalisés dans ce domaine de l'espérance et de la qualité de vie des patients traités par LVAD, les complications postopératoires telles que saignements, hémolyse et thrombose existent toujours, faisant souffrir les patients. De nombreuses études ont montré que ces complications sont fortement liées à la mise en œuvre des LVAD puisque l'exposition continue du sang aux dispositifs provoque les dommages accumulés aux cellules sanguines.

L'objectif principal de cette thèse est de générer des simulations numériques pour vérifier le concept d'une nouvelle conception de LVAD à écoulement axial et optimiser sa géométrie afin d'augmenter son efficacité hydraulique et de minimizer les dommages au sang. Contrairement aux LVAD à flux axial conventionnel, les lames de la nouvelle conception sont montées sur le carénage du dispositif. Le LVAD sans moyeu pourrait réduire considérablement la vitesse de fonctionnement de l'appareil tout en étant capable de fournir le flux sanguin nécessaire en raison d'un volume de pompage plus important par unité de temps. De plus, un diffuseur secondaire a été mis en place pour guider le débit et augmenter son efficacité hydraulique. La géométrie a été construite à l'aide du logiciel CAESES, puis paramétrée et exportée dans ANSYS pour le maillage et la simulation ultérieure. De multiples paramètres d'évaluation ont été surveillés et importés dans CAESES en tant qu'objectifs pour exécuter les explorations de conception en faisant varier les variables de conception et obtenir une configuration optimale. En comparant le modèle de base, la géométrie optimisée a augmenté son élévation de pression entre la sortie et l'entrée de 2806 Pa à 14102 Pa tandis que l'indice d'hémolyse n'a augmenté que d'environ 15%, passant de 0.0021% à 0.0024%. Le rendement hydraulique a également augmenté de 7.6 % à 59.6 %.