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两级轴流血泵结构设计与性能仿真

发布时间:2018-09-12 20:25
【摘要】:血泵是一种能完全或者部分代替心脏泵血功能,维持正常人体血液循环的小型泵,它对于心脏病患者具有重要意义。目前血泵主要是可植入的微型旋转叶轮式结构,其中以轴流式结构最具代表。轴流血泵的工作原理以及体积决定其需要很高的转速才能满足人体所需血压,但较高的转速对血液的破坏程度更大,,易形成溶血。 本文针对这一问题提出两级轴流结构血泵设计方案,其中前级叶轮采用一元流动理论设计为螺旋式结构,后级叶轮采用流线法设计为传统轴流式结构。本文具体工作如下: (1)按照设计方案对两级轴流血泵进行结构设计,主要包括转子头部和尾部的设计,前后叶轮的选取和设计、后级叶轮叶片翼型安放角修正值的确定以及前后叶轮相对位置的确定等; (2)通过编写Matlab程序计算后级叶轮叶片各翼型的空间坐标点,然后结合Pro/E强大绘图功能建立两级血泵的精确三维模型; (3)使用Gambit对所得三维模型进行网格划分,然后使用Fluent对网格模型进行仿真,最后根据仿真结果对两级血泵的工况、切应力分布、压力分布、速度分布以及湍流效应等进行了详细分析。分析结果表明:在相同条件下,两级结构的血泵与单级结构血泵相比,其最大切应力明显降低,可有效减少溶血的形成。
[Abstract]:Blood pump is a kind of small pump which can completely or partially replace the function of heart pump and maintain normal blood circulation. It is of great significance to patients with heart disease. At present, the blood pump is mainly implantable micro rotating impeller structure, in which axial flow structure is the most representative. The working principle and volume of the axial bleeding pump determine that it needs a very high rotational speed to meet the blood pressure required by the human body, but the higher speed of the pump can destroy the blood more greatly and form hemolysis easily. In order to solve this problem, a two-stage axial flow structure blood pump design scheme is presented in this paper. The former impeller is designed as a spiral structure by univariate flow theory, and the rear impeller is designed as a traditional axial flow structure by streamline method. The specific work of this paper is as follows: (1) the structure of two-stage axial bleeding pump is designed according to the design scheme, which mainly includes the design of rotor head and tail, the selection and design of front and rear impellers. (2) calculating the space coordinate points of each airfoil of the rear stage impeller by writing Matlab program, and determining the angle correction value of the airfoil and the relative position of the front and rear impeller. Combined with the powerful drawing function of Pro/E, the accurate 3D model of two-stage blood pump is established. (3) the 3D model is meshed with Gambit, and then the mesh model is simulated by Fluent. Finally, according to the simulation results, the distribution of shear stress, pressure, velocity and turbulence of the two-stage blood pump are analyzed in detail. The results show that under the same conditions, the maximum shear stress of the two-stage blood pump is obviously lower than that of the single-stage blood pump, which can effectively reduce the formation of hemolysis.
【学位授予单位】:武汉科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TH311

【参考文献】

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本文编号:2240131

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