混流式血泵的数值模拟及性能分析

发布时间：2024-02-14 03:23

　　轴流式血泵转速过高、离心式血泵容易产生流动死区是造成血液损伤的重要原因,而混流式血泵能有效缓解轴流式血泵的转速过高以及离心式血泵的流动死区问题。基于此,本研究旨在探究闭式叶轮混流式血泵的性能效果。通过数值模拟的方法对闭式叶轮混流式血泵进行数值模拟,分析该类型血泵的流场特性及压力分布情况,探讨其水力性能以及可能对红细胞造成的损伤程度,并与半开式叶轮结构混流式血泵的数值模拟结果进行性能对比。结果表明:本研究中的闭式叶轮混流式血泵具有良好的性能,能够安全高效运行。该泵在5 L/min下能够达到100 mm Hg的扬程,血泵内流动均匀,没有明显的涡流、回流以及流动停滞现象,压力分布均匀合理,可有效地避免血栓;溶血指数平均值(HI)为4.99×10^-4,具有良好的血液相容性;与半开式叶轮混流式血泵相比,闭式叶轮混流式血泵扬程和效率更高、溶血指数平均值更小,且具有更好的水力性能及避免血液损伤的能力。通过本文研究结果,或能为闭式叶轮混流式血泵的性能评价提供依据。

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【部分图文】：

图6混流式血泵流场特性分布

溶血指数是评价血泵对血液损伤程度以及血液相容性能的一个重要指标[21]，在血泵的数值模拟研究当中一般采用溶血幂函数模型来对血液的损伤程度进行评估[22]。血泵的溶血指数与剪切应力、暴露时间的幂函数模型如式（3）所示[23]:图7混流式血泵叶轮叶片的压力分布

图7混流式血泵叶轮叶片的压力分布

图6混流式血泵流场特性分布式中，dHb为游离血红蛋白量；Hb为血红蛋白总量；t为暴露时间，单位为秒（s);C、α、β为一组常数值。

图8红细胞剪切应力随运动时间变化情况

血液损伤的程度不仅与所受剪切应力有关，还与其在剪切应力下的暴露时间有关，故对血液的损伤程度需由溶血幂函数模型计算得到的溶血指数平均值HI来评估。不同迹线的溶血指数预测值分布如图9所示，大部分迹线溶血指数预测值小于6×10-4，计算得到溶血指数平均值HI为4.99×10-4，而常用....

图1混流式血泵模型

本研究中数值模拟的闭式叶轮混流式血泵如图1所示，血泵的主要结构包括叶轮以及导叶两部分，导叶可减小血液的圆周速度，将部分血液的动能转化成血液的压力，将血液从血泵出口均匀地排出，从而改善血液的流动性能。混流式血泵的基本结构尺寸如表1所示。1.2网格划分

本文编号：3897663