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微型左心室辅助装置的优化与血液损伤预测

作　者: 齐家兴
导　师: 周艳红
学　校: 华中科技大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 左心室辅助装置微型轴流血泵计算流体动力学血液损伤
分类号: R318.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 31次
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内容摘要

人工血泵可以为慢性心脏病病人提供长期或者短期支持,这种装置的目标是能达到与人体自然心脏相类似的功能,这就使得人工血泵的设计成为一项很具挑战性的任务。本论文致力于运用计算流体动力学仿真技术,对一种新型的跨心尖至主动脉轴流血泵进行血液损伤预测与优化设计。本论文首先介绍了心室辅助装置的发展历史以及国内外现状,然后对一种新型跨心尖至主动脉微型轴流血泵的工作原理以及预期要求进行了分析,并对计算流体动力学技术以及血液损伤机制作了简要介绍。接下来建立了三种不同叶片高度的叶轮模型(BH150,BH200,BH250),使用计算流体动力学仿真技术,对三种叶轮模型在仿生理条件下的水力性能与流场参数,包括流场速度,压强,流线分布,切应力分布等情况进行了分析与对比。并采用合理有效的血液损伤模型对叶轮在运行过程中可能造成的血液损伤进行了预测。仿真结果表明,叶轮模型BH150具有最好的血液相容性,但是无法提供足够的血液流量输出。模型BH250具有最高的输出流量,但是其可能造成的血液损伤是三种叶轮模型中最严重的。叶轮模型BH200可以在转速20,000 rpm以及压强差100 mm Hg的仿生理条件下提供超过5 L/min的输出流量,并且具有较低的血液损伤可能性。叶轮运行时的流场流动稳定,压强与切应力分布合理,完全达到了预期的设计要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-17
  1.1 课题来源  8
  1.2 研究背景，目的与意义  8-10
  1.3 国外研究现状  10-15
  1.4 国内研究现状  15-16
  1.5 本文主要研究内容  16-17
2 微型轴流血泵及其血液损伤  17-21
  2.1 微型轴流血泵的工作原理  17-18
  2.2 流量与微型化需求  18-19
  2.3 血液损伤产生机理  19-21
3 计算流体力学与溶血计算模型  21-29
  3.1 粘性流体基本控制方程  21-23
  3.2 湍流及其数学模型  23-24
  3.3 雷诺平均法与标准k-ε模型  24-25
  3.4 离散理论与有限体积法  25-26
  3.5 血液损伤预测模型  26-29
4 三维模型设计与数值仿真过程  29-34
  4.1 血泵原型与参数要求  29-30
  4.2 叶轮模型的设计  30-31
  4.3 网格划分  31
  4.4 流体介质与边界条件  31-32
  4.5 计算流体动力学求解流程  32-34
5 叶轮设计与流场仿真的结果分析  34-45
  5.1 叶轮设计与切应力分析  34-37
  5.2 网格划分结果示意  37-39
  5.3 轴流血泵特性曲线分析  39-40
  5.4 流场流线分布分析  40-41
  5.5 流场压强分布  41-42
  5.6 流场速度向量分析  42-43
  5.7 血液损伤分析  43-45
6 总结与展望  45-46
  6.1 全文总结  45
  6.2 展望  45-46
致谢  46-47
参考文献  47-50

微型左心室辅助装置的优化与血液损伤预测

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