離心式心室輔助裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及CFD仿真分析.pdf

1、目前心臟移植手術(shù)仍是治療心力衰竭的最有效手段，不過(guò)由于心臟供體的缺乏，大量的患者在等待供體中死去。臨床醫(yī)生們迫切需要某種裝置來(lái)維持患者的生命，直到完成心臟移植手術(shù)。作為這樣的一種工具，心室輔助裝置的發(fā)展一直是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。心室輔助裝置從初始的容積式血泵到現(xiàn)在的葉片式血泵，取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，然而密封、溶血和凝血等問(wèn)題仍困擾著血泵的開(kāi)發(fā)者。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（computational fluid dynamics，簡(jiǎn)稱CFD）的

2、發(fā)展為解決這些問(wèn)題提供了思路。CFD模擬的結(jié)果可以提供特定工作條件下血泵內(nèi)部流場(chǎng)的幾乎所有信息，通過(guò)這些信息，開(kāi)發(fā)者可以有針對(duì)性地完成血泵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。另外，通過(guò)與血液動(dòng)力學(xué)的結(jié)合，CFD也可以用來(lái)建立相應(yīng)的模型來(lái)預(yù)測(cè)與評(píng)估血泵的各項(xiàng)性能。
　　本文研究的主要內(nèi)容是應(yīng)用CFD技術(shù)探究三種不同結(jié)構(gòu)的葉輪對(duì)心室輔助裝置血泵性能的影響，并著重分析了血泵的水力性能和溶血性能。為了盡量近似地模擬出血泵內(nèi)血液的流動(dòng)，本文將血漿和血細(xì)胞定義為

3、兩種不用的相，應(yīng)用mixture模型進(jìn)行多相流分析。三種結(jié)構(gòu)的葉輪分別被命名為Z、XZ和L結(jié)構(gòu)，給定相同的工況:Q=6.24L/min，供壓100mmHg。三種結(jié)構(gòu)所需轉(zhuǎn)速的關(guān)系為nZ＝1825rpm＜nXZ＝1950rpm＜nL=2082rpm，Z結(jié)構(gòu)具有最好的供壓能力，L結(jié)構(gòu)最差。Z、XZ和L三種結(jié)構(gòu)最大速度分別為4.914m/s和4.892m/s和5.858m/s，截取5個(gè)垂直于血泵軸線的平面，并著重分析各結(jié)構(gòu)流動(dòng)情況最差的sec

4、tion4和section5，得出Z結(jié)構(gòu)的流動(dòng)情況最優(yōu)，而XZ和L結(jié)構(gòu)均出現(xiàn)了不同程度的二次流和回流。最后對(duì)血泵的溶血性能進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，三種結(jié)構(gòu)最大剪切應(yīng)力出現(xiàn)的區(qū)域主要集中在葉輪和和血泵出口處的壁面，Z、XZ和 L三種結(jié)構(gòu)超過(guò)150Pa的面積分別占各自總表面積的0.0018％、0.0022%和0.144%。分析可知，Z結(jié)構(gòu)的葉輪較其他兩種具有最優(yōu)的結(jié)構(gòu)，這主要體現(xiàn)在它較高的供壓能力、良好的流動(dòng)情況以及較好的溶血性能上。XZ結(jié)構(gòu)