人工心臟的數(shù)值仿真與設(shè)計(jì)優(yōu)化.pdf

1、心力衰竭是各種心臟病患者主要的死亡原因之一，終末期心力衰竭的治療已經(jīng)成為心血管內(nèi)外科所面臨的巨大挑戰(zhàn)。鑒于藥物治療及外科手術(shù)的局限性，以及供體心臟的不足，心臟輔助裝置得以快速發(fā)展。人工心臟主要以微型機(jī)械泵來(lái)輔助或替代自然心臟完成泵血，其中軸流式血泵由于體積較小、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、易植入人體等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為人工心臟的研究熱點(diǎn)。血泵中的血液會(huì)因多種因素產(chǎn)生血栓和溶血，因此，研究血液在血泵內(nèi)的流動(dòng)情況，對(duì)人工血泵在醫(yī)學(xué)臨床上的運(yùn)用有著重要的意義。

2、
　　本文基于傳統(tǒng)軸流泵設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)了一款軸流式心臟泵，確立了以RNGκ-ε湍流模型作為血泵內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值模擬方法，運(yùn)用CFD軟件對(duì)血泵內(nèi)的三維不可壓縮流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，計(jì)算得到了血泵內(nèi)部流場(chǎng)的壓力、速度、切應(yīng)力及湍流效應(yīng)分布情況，分析了血泵內(nèi)流場(chǎng)可能出現(xiàn)溶血和血栓形成的區(qū)域，并在此分析基礎(chǔ)上對(duì)血泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。
　　分析結(jié)果表明:
　　(1)改進(jìn)后血泵的流量輸出性能較原血泵有所改善，在較低的的轉(zhuǎn)速下便能達(dá)到

3、正常人體所需求的6L/min流量輸出和100mmHg后負(fù)荷壓力輸出。
　　(2)血泵內(nèi)流場(chǎng)在旋轉(zhuǎn)葉輪進(jìn)出口區(qū)域和后導(dǎo)葉入口處出現(xiàn)了較高的壓力和剪切應(yīng)力，改進(jìn)后的血泵內(nèi)流場(chǎng)壓力和切應(yīng)力極值較原血泵均降低，且壓力梯度更加均勻。
　　(3)葉輪區(qū)域的血液有較高的流動(dòng)速度，改進(jìn)后的血泵內(nèi)血液高速流動(dòng)有所緩解，血液的高速流動(dòng)較原血泵降低了9.5個(gè)百分點(diǎn)。
　　(4)在血泵葉輪和后導(dǎo)葉交界區(qū)域出現(xiàn)了較大的湍流動(dòng)能和湍動(dòng)能耗散率，改