人工心臟的數(shù)值仿真與設計優(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械泵來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、結構較簡單、易植入人體等優(yōu)點，已逐漸成為人工心臟的研究熱點。血泵中的血液會因多種因素產(chǎn)生血栓和溶血，因此，研究血液在血泵內(nèi)的流動情況，對人工血泵在醫(yī)學臨床上的運用有著重要的意義。

2、
　　本文基于傳統(tǒng)軸流泵設計理論設計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)部流場的數(shù)值模擬方法，運用CFD軟件對血泵內(nèi)的三維不可壓縮流場進行了數(shù)值模擬，計算得到了血泵內(nèi)部流場的壓力、速度、切應力及湍流效應分布情況，分析了血泵內(nèi)流場可能出現(xiàn)溶血和血栓形成的區(qū)域，并在此分析基礎上對血泵結構進行了相應的改進。
　　分析結果表明:
　　(1)改進后血泵的流量輸出性能較原血泵有所改善，在較低的的轉速下便能達到

3、正常人體所需求的6L/min流量輸出和100mmHg后負荷壓力輸出。
　　(2)血泵內(nèi)流場在旋轉葉輪進出口區(qū)域和后導葉入口處出現(xiàn)了較高的壓力和剪切應力，改進后的血泵內(nèi)流場壓力和切應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速度，改進后的血泵內(nèi)血液高速流動有所緩解，血液的高速流動較原血泵降低了9.5個百分點。
　　(4)在血泵葉輪和后導葉交界區(qū)域出現(xiàn)了較大的湍流動能和湍動能耗散率，改