具有周向分布楔形间隙结构的液力悬浮血泵设计与研究

摘要

人工心脏是在心脏移植供体严重短缺情况下作为其替代品治疗末期心力衰竭的主要手段，相比自然心脏具有低廉的价格且无配对要求等优点，是解决当前自然心脏供体严重不足的有效方案。人工心脏的核心部件是植入人体的血泵。作为血液循环装置，血泵对水力性能有较高的要求。除此之外，血泵长期无故障运转的要求促进了第三代悬浮式血泵的发展，其中以流体动压支承为原理的液力悬浮式血泵受到越来越多的关注。
　　本课题从机械结构设计、流体力学分析出发，通过理论计算、数值模拟和样机试验等手段对液力悬浮式血泵开展研究。论文主要工作内容包括如下几点:
　　1)液力悬浮式血泵样机的结构设计。
　　本文在血泵叶轮的悬浮结构上进行创新改进，设计了一款具有周向分布楔形间隙结构的血泵。通过数值模拟多参数试验，确定叶轮流道的几何尺寸，并根据血泵的流量及扬程等性能参数要求完成蜗室等其余过流部件的结构设计。对设计完成的样机进行水力性能数值模拟。
　　2)血泵叶轮的悬浮力分析计算及样机的流体动力学数值模拟。
　　液力悬浮式血泵关键参数之一即叶轮悬浮力的大小。本文根据流体力学相关理论推导得出适用于具有周向分布楔形间隙结构的叶轮悬浮力估算公式，并使用数值模拟得出的悬浮力大小与理论计算结果进行对比，验证叶轮悬浮力估算公式的适用性。
　　3)血泵样机的加工制作与水力特性试验。
　　制作液力悬浮式血泵样机，并对其进行水力性能试验。根据试验结果绘制流量-扬程曲线，将数值模拟结果与之对比，验证数值模拟的准确性。同时根据试验数据评估本文所设计的新式液力悬浮式血泵的水力性能，总结过流部件与悬浮结构的设计思路。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 血泵的发展历程与研究现状

1．2．1 血泵研究概述

1．2．2 第一代与第二代非悬浮式血泵介绍

1．2．3 第三代悬浮式血泵介绍

1．3 液力悬浮式血泵关键问题

1．3．1 液力悬浮式血泵悬浮结构设计

1．3．2 液力悬浮式血泵流场分析优化

1．3．3 数值模拟理论与方法

1．4 论文主要研究内容

1．5 小结

2 液力悬浮式血泵样机设计

2．1 血泵过流部件设计

2．1．1 具有周向分布楔形间隙悬浮结构的叶轮设计

2．1．2 血泵吸水室压水室设计

2．1．3 入口出口与密封结构设计

2．2 血泵驱动结构设计

2．3 小结

3 液力悬浮式血泵相关流体力学研究

3．1 叶轮悬浮力的理论计算

3．1．1 收敛楔形间隙内流体动压力理论分析

3．1．2 周向分布的楔形间隙结构流体动压力计算

3．2 液力悬浮式血泵流体力学的数值模拟研究

3．2．1 计算流体力学的相关理论与实现手段

3．2．2 血泵叶轮结构多参数优化数值模拟

3．2．3 血泵整机水力性能与叶轮悬浮力的数值模拟

3．3 小结

4 样机的制作与试验

4．1 试验方法

4．2 试验结果与分析

5 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 研究展望

参考文献