轴流式血泵流场分析及体外循环实验研究

摘要

心力衰竭已经成为人类身体健康的一大威胁，每年都会有成千上万的人因心力衰竭而死亡。由于心脏供体不足，心脏移植已经不能满足所有患者的要求，只能依靠人工心脏泵等心室辅助装置来改善患者的健康状况。轴流式血泵具有结构紧凑、体积小和功耗低等优势，被越来越多的研发人员所青睐。然而，它是集机、电、液耦合的血泵，其内部流动情况比较复杂，需要分析清楚其内部流动规律并通过体外循环实验进行验证，为轴流式血泵的设计、动物实验和临床应用奠定基础。
　　本论文以本课题组自主研发的一款轴流式血泵为研究对象，综合应用有限元技术和CFD（计算流体动力学）技术研究其内部流动情况；设计、搭建体外循环实验平台；通过体外循环实验验证CFD仿真分析的可靠性以及该轴流式血泵的水力特性能否达到生理要求。本论文得到的主要结果如下：
　　（1）利用计算机辅助工程软件（CAE）Workbench和Fluent，通过数值仿真分析了轴流式血泵的内部流动情况，获得了其压力分布，为后期轴流式血泵的设计提供一定的理论参考。
　　（2）完成了体外循环实验平台的设计与搭建，使研发人员能够高效、方便的通过上位机系统对各个仪器进行控制并将影响轴流式血泵水力特性参数的数值实时、直观地反馈到前面板，实现良好的人机互动。
　　（3）在体外循环实验平台上进行体外循环实验，获得影响轴流式血泵水力特性相关参数的实验值，采用两种数据处理方法对CFD仿真结果和实验结果进行处理，比较两者的偏差值及变化规律。研究表明，CFD仿真结果与实验结果具有较好的拟合性，轴流式血泵的水力特性不能能够达到生理要求，为之后的动物实验和临床应用奠定基础。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 轴流式血泵流场分析及体外循环实验研究

1.4 存在的问题及课题提出

1.5 论文的课题支撑及研究工作

第2章 轴流式血泵的CFD分析

2.1 轴流式血泵工作原理及总体结构

2.2 轴流式血泵结构设计

2.3 轴流式血泵网格划分

2.4 计算流体动力学基本理论

2.5 CFD计算参数设置

2.6 计算结果与分析

2.7 本章小结

第3章 轴流式血泵体外循环实验平台的设计与仿真

3.1 轴流式血泵体外循环实验原理

3.2 体外循环装置各个参数对血流压力的影响

3.3 体外循环平台的总体结构

3.4 本章小结

第4章 轴流式血泵体外循环实验平台的搭建与实验

4.1 轴流式血泵体外循环实验平台硬件系统的搭建

4.2 轴流式血泵体外循环实验平台软件系统搭建

4.3 轴流式血泵体外循环实验

4.4 轴流式血泵实验与CFD分析结果对比

4.5 轴流式血泵优化设计方案

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 研究总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的科研成果

攻读硕士期间参与的项目