基于计算流体动力学的新型电磁驱动搏动式灌注血泵泵头优化分析

发布时间：2025-02-09 14:23

　　 目的应用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对电磁驱动搏动式灌注血泵流场进行仿真分析,通过改进泵头结构改善血液在血泵的流动状态,提升其抗溶血性能。方法应用Fluent 17. 0分析泵头结构变化对泵内流场的影响,通过血液流入和流出的4次仿真实验,分析内部液体的流线分布、中轴面上的湍流动能分布、血液流经泵头的压力损失和模型表面受到的切应力。结果在4次实验中,泵头入口与出口管路对称且与对称轴的夹角α=30°时,液体流线无明显紊乱,湍流程度较低;实验1中压力损失最小,为376. 8 Pa;实验1、2中的最大切应力分别为258. 6、302. 8 Pa,符合压力损失和溶血程度等血泵生物力学性能要求。选择α=30°模型为该电磁驱动搏动式灌注血泵的泵头结构,并通过3D打印技术进行制作。结论经过对泵头的优化分析,血泵溶血性能得到改善。研究结果可以运用到新型电磁驱动搏动式灌注血泵的设计与实验中。

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【部分图文】：

图1 灌注系统及血泵结构示意图

电磁驱动搏动式灌注血泵采用梯度线圈-永磁体结构，通过梯度线圈产生磁场使永磁体实现直线往复运动，永磁体挤压泵腔中的血液产生搏动性血流。电磁驱动搏动式灌注血泵的结构如图1所示。泵壳是内表面光滑的医用硬质塑料圆管;圆管内部装有轴向均匀磁化的圆柱形永磁体，材质为钕铁硼，永磁体可以在圆管内....

图2 初始泵头结构及仿真实验结果

在实验1中，两种泵头模型内血液的流动曲线都发生明显的紊乱，2号泵头模型中血液的流动速度较小，1、2号泵头模型中轴面上的最大湍流动能分别为1.535、1.193m2/s2，数值较大;在实验2中，两种泵头模型内血液的流动曲线分布均匀，两种泵头模型中轴面上的湍流动能分布都集中在出口管....

图3 不同泵头结构及仿真实验结果

分析表明，两种泵头结构不合理易造成较高溶血性。因此，本文主要通过CFD方法对灌注泵结构进行仿真分析，优化泵头内部结构和血液出口与入口之间夹角，得到溶血值较低的泵头结构。结合上文中的仿真结果，对初始的泵头结构进行改进，改进后的泵头模型为流线型，入口和出口管路呈对称分布。由于泵头入口....

图4 实验2、3、4结果

将7种模型分别进行4次仿真实验后，得到模型中轴面上最大湍流动能结果(见表4)，并将实验2、3、4结果制作成折线图(见图4)。模拟血液流入血泵时，模型中轴面上的最大湍流动能较小;模拟血液流出血泵时，入口速度越大，液体的湍流动能越大，在实验2、3、4中，α=25°、30°和35°的3....

本文编号：4032370