离心式磁悬浮血泵的流体仿真与实验研究

摘要

现阶段针对心力衰竭病人的治疗，虽然仍然是以心脏移植为主，但由于供体的极其缺乏及高昂的手术费使得许多患者因得不到及时治疗而失去了生命。离心式磁悬浮血泵作为心脏移植的替代品，它能够有效地缓解供体缺乏问题，已成为目前国内外心脏病治疗技术研究突破的重点。而如何在保证其动力性能的前提下使整个流道内血液流动状态良好、流动均匀，同时处理好叶轮高转速下产生的血损问题却是研究人员面临的重大难题。
　　本文基于Fluent流体仿真软件，利用Solidworks软件建立血泵流道三维模型，并在Gambit中划分网格，对离心式磁悬浮血泵进行了流体力学仿真。仿真过程中利用压力耦合的SIMPLEC算法求解方程，实现了自主研制的离心式磁悬浮血泵内流场的数值模拟，得到了不同工况下血泵流道的压力、流速以及迹线分布情况，进而对血泵的流动性能进行了分析研究。
　　血泵中叶轮高速运转产生的剪切力会导致红细胞破裂，进而发生溶血现象。本文基于前人给出的溶血估算经验公式，应用流体仿真软件Fluent建立溶血估算模型，得到了自主研制的无叶片离心式磁悬浮血泵整个流场的应力分布情况。同时得出各工况下血泵表面切应力的最值，并根据血液中切应力与暴露时间的关系，预测了该血泵的溶血性能。
　　本文同时搭建体外溶血实验装置。在设计工况下，通过测量一定时间间隔内血浆中游离蛋白含量及红细胞压积，计算出血泵的标准溶血指数。通过同国内外其他血泵进行对所开发的血泵的溶血性能进行了评价；同时检测分析了血泵出口压力及血泵进出口温度的变化情况，并在实验后对整套装置内部血栓形成情况进行了评估。