变转速辅助下离心血泵内流场及空化特性研究

发布时间：2022-08-07 19:09

　　心室辅助装置恒转速的控制方法,会降低血液动脉压的搏动性,并产生了一系列的并发症,造成抽吸和返流现象。而变转速辅助控制能够使心室辅助装置达到最佳辅助状态,适合长期辅助。但转速的快速变化容易使泵内局部位置的压力骤降,产生空化现象,造成溶血值的增加,阻碍了变转速控制系统的快速发展。本文以自主研发的离心血泵为研究对象,首先通过CFD进行数值模拟,分析离心血泵内部流动规律及空化特性。然后以IV级心衰为例,采用MATLAB软件建立“离心血泵-左心血液循环系统”的参数模型,得到离心血泵在IV级心衰条件下达到最佳辅助状态时的转速变化曲线。最后,以不同转速下的初始条件分析离心血泵变转速辅助过程中空化的发展规律及影响。该研究为避免变转速心室辅助装置空化的产生提供了理论依据和技术支持,推动了心室辅助装置向临床应用的发展进程。主要研究内容及成果如下:一、离心血泵流动特性分析。通过改变离心血泵的流量和转速,从外部特性与内部流场两个方面对离心血泵进行分析。结果表明:流量对离心血泵内部的压力分布影响不大,但转速对其影响明显;随着转速的增加叶轮流道以及叶轮叶片表面的压力急剧降低;转速以及流量对泵内血液的流动情况都有很... 

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 心血泵国内外研究现状
        1.2.2 心室辅助装置变转速控制研究现状
        1.2.3 心室辅助装置空化研究现状
    1.3 存在的问题
    1.4 本文研究内容和方法
第二章 离心血泵内部流动分析
    2.1 数值模拟理论
        2.1.1 流体动力学控制方程
        2.1.2 湍流模型
        2.1.3 空化计算模型
    2.2 数值计算
        2.2.1 泵的主要几何参数及三维造型
        2.2.2 计算网格划分及网格无关性验证
        2.2.3 初始条件与边界条件设置
    2.3 离心血泵非空化状态下稳态数值计算
        2.3.1 离心血泵外特性
        2.3.2 压力分布
        2.3.3 速度流线分布
    2.4 本章小结
第三章 离心血泵内部空化流动的数值模拟研究
    3.1 血液饱和蒸气压的测定
        3.1.1 实验目的和原理
        3.1.2 实验台及实验方法
        3.1.3 实验结果
    3.2 离心血泵定常空化计算结果分析
        3.2.1 空化特性曲线
        3.2.2 空泡分布
    3.3 离心血泵非定常空化计算结果分析
        3.3.1 叶轮内部静压分布
        3.3.2 离心血泵内部空泡体积分布
        3.3.3 离心血泵内部速度流线分布
    3.4 本章小结
第四章 离心血泵与左心血液循环系统耦合模型的建立
    4.1 左心血液循环系统建模
        4.1.1 左心室时变弹性模型
        4.1.2 左心血液循环系统的建立
        4.1.3 左心血液循环系统的验证
    4.2 离心血泵数学模型
    4.3 离心血泵—左心血液循环系统
        4.3.1 离心血泵-左心血液循环系统耦合模型
        4.3.2 基于离心血泵辅助的左心血液循环系统动力学仿真结果
    4.4 本章小结
第五章 离心血泵变转速辅助下的空化特性研究
    5.1 变转速辅助下离心血泵内流场计算结果
        5.1.1 压力分布
        5.1.2 速度流线分布
        5.1.3 剪切应力分布
    5.2 变转速辅助下离心血泵内空化流动特点
        5.2.1 离心血泵内空泡以及剪切应力分布
        5.2.2 空化对流场的影响
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者攻读硕士学位期间取得的科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]权威发布——数据“说”心血管病[J].   实用心脑肺血管病杂志. 2019(08)
[2]心衰脉动过程两级轴流血泵溶血数值模拟[J]. 周冰晶,张桂杰,荆腾,王颢,贺照明.  排灌机械工程学报. 2018(01)
[3]慢性心力衰竭的治疗进展[J]. 董洪玲,王中鲁,张亮,石宇杰,张健.  中国循证心血管医学杂志. 2017(02)
[4]左心室辅助血泵及其临床应用研究进展[J]. 张岩,孙寒松,胡盛寿.  中国胸心血管外科临床杂志. 2017(02)
[5]基于左心辅助的血液循环系统的控制研究[J]. 王芳群,徐庆,吴振海,温太阳,吉敬华,贺照明.  生物医学工程学杂志. 2016(06)
[6]机械循环支持治疗心力衰竭的研究进展[J]. 尤涛,黄剑,陈建昌.  心血管病学进展. 2014(03)
[7]N末端B型钠尿肽原与美国纽约心脏病学会心功能分级在心衰诊断中的相关性对比分析[J]. 张奇松,马成亮,朱慧,殷正亭.  工企医刊. 2012(06)
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[9]体外循环用血泵研究进展[J]. 路力军,胡兆燕,陈正龙,潘友联.  北京生物医学工程. 2012 (04)
[10]基于主动脉内血泵的集中参数模型研究[J]. 谷凯云,高斌,常宇,刘有军.  医用生物力学. 2011(04)

博士论文
[1]流体动力学方程组的性态研究[D]. 贾艳.安徽大学 2014

硕士论文
[1]最佳辅助状态下轴流血泵的转速变化及内流场分析[D]. 顾玲玉.江苏大学 2019
[2]圆孔射流近场湍流特性DNS与RANS、LES的对比研究[D]. 王雄.浙江大学 2010
[3]文丘里管内空泡动力学特性研究[D]. 付勇.大连理工大学 2007



本文编号：3670882