基于多孔介质模型的膜式氧合器内部流场分析

发布时间：2021-06-24 00:38

　　膜式氧合器内部流体运动特性对其性能有重要影响,利用计算流体力学（CFD）对氧合器模型进行流体动力学分析是预测其性能的重要方法之一。本文基于压降实验计算氧合器纤维束的黏性阻力系数,建立了各向同性多孔介质模型。采用RNG k-ε湍流模型对不同流量下氧合器内部流场进行计算,得到了血液速度、压力和壁面剪切应力分布云图。发现随着流量的增加,氧合器内部速度梯度分布形式基本保持不变,压力分布呈倾斜状态且逐渐减小,大部分压力损失位于纤维束内,其中53.3%位于氧合室,42.6%位于变温室。氧合器血液的入口及出口位置为血液损伤的高发区域。采用溶血数值预估模型计算得到了氧合器的标准溶血指数NIH。结果表明:在低流量1.65～3.00L/min下,各向同性多孔介质模型的模拟结果与实验结果基本一致,模拟数值与实验数值的偏差会随着液体流量的增加而变大;流量为1.65～6.00L/min时,标准溶血指数NIH为0.0084～0.0835g/100L,满足人体生理允许的使用范围。 

【文章来源】：化工进展. 2020,39(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

膜式氧合器工作原理

通过实验测量膜式氧合器不同流量下变温室和氧合室的压降值，计算纤维束的黏性阻力。开展氧合器内部流场数值计算，验证模拟结果的准确性。实验流程见图2，本实验使用市售国产某型号成人膜式氧合器，以水作为流体介质，通过离心泵将水从进血口导入氧合器，测量离心泵在不同转速时氧合器进血口，出血口的流量值及压强值，其中流量值与压强值通过相应的传感器（速度传感器为SONOFLOW CO.56，压力传感器为NORa有创压力传感器）测量得到。之后将氧合器的变温室和氧合室分离，并分别测量这两部分在不同流量下的压降值。利用matlab软件将实验数据Q-ΔP线性插值拟合，如图3所示，得到变温室和氧合室区域的ΔP/Q值，将其分别代入式(4)即可求得两区域各自的黏性阻力：氧合室黏性阻力1/α=9.210×108m-2；变温室黏性阻力1/α=1.069×109m-2。

利用matlab软件将实验数据Q-ΔP线性插值拟合，如图3所示，得到变温室和氧合室区域的ΔP/Q值，将其分别代入式(4)即可求得两区域各自的黏性阻力：氧合室黏性阻力1/α=9.210×108m-2；变温室黏性阻力1/α=1.069×109m-2。4 仿真计算设置


本文编号：3245990