离心式心室辅助装置血液动力学及叶轮径向偏心力的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:parrotxu
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在过去20多年时间里,我国心力衰竭的患病率和死亡率不断上升,心力衰竭已成为严重危及人类生存的重大疾病。对于心力衰竭患者,主要有药物治疗和心脏移植两种手段。对于心力衰竭的晚期患者,使用药物治疗的一年内的存活率几乎为零;对于心脏移植手术,由于供体心脏的严重短缺,很多心力衰竭患者在等待供体心脏的过程中死亡。心室辅助装置作为一种新的治疗手段,可以延长患者的存活率,提高生活质量,具有广泛的发展前景。对于第三代离心式心室辅助装置,采用叶轮悬浮技术,可以减小泵体内部的机械摩擦,但是增加了叶轮控制的难度,为此,研究叶轮上所受的径向偏心力以及泵体的血液动力学极为重要。  针对第三代心室辅助装置,本文根据正常人体的生理条件,确定设计离心式心室辅助泵所需的初始设计参数,并结合旋转机械的相关理论知识,设计计算出泵体的基本参数,建立泵体内部流道的计算模型,利用Fluent软件进行数值计算。分别设计出三种出口位置不同的叶轮,研究叶轮出口流道的不同对泵的水力性能以及泵体内部压力分布、壁面切应力等血液动力学以及叶轮径向偏心力的分布规律,结果表明,叶轮流道向底部方向移动时,得到更平坦的水力性能曲线,但是其在隔舌处的壁面切应力最大,更容易引发溶血。同时,也对泵体上下间隙之间的回流初步分析,叶轮流道向底部移动时,顶部的回流增加,反之则呈现相反趋势;考虑泵的安装位置可能会发生变化,因此也对研究重力方向不同对泵的性能影响,结果表明重力的方向对泵的性能没有影响。  基于以上的仿真计算结果分析,发现最大压力以及最大壁面切应力均出现在泵体内部的隔舌处,隔舌是泵体内部极其复杂的一块区域,也研究了隔舌圆角尺寸对血液动力学以及叶轮径向偏心力的影响。为此,设计并绘制出 4 种隔舌圆角不同的涡室。研究隔舌圆角对泵的水力特性以及流内部流场的压力、壁面切应力等影响规律,同时研究分析对叶轮径向偏心力的影响,结果表明增大隔舌圆角,水力性能降低,径向偏心增大,隔舌圆角为2mm时溶血隔舌处壁面切应力最小,溶血性能更好。  血液动力学是心室辅助装置的一个重点研究内容,泵体的结构变化引起泵体内部流场的变化。研究泵体内部的血液动力学以及叶轮所受的径向偏心力分布规律,对第三代心室辅助装置都具有重要的意义。
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