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应用CFD研究叶轮设计对人工心脏泵内流场的影响

前言几乎所有的叶轮血泵都会造成不同程度的血液破坏。目前已经确认的血液破坏现象主要有溶血和血栓两种。溶血是指红细胞的破裂,导致细胞内的血红蛋白游离到血浆中。它会造成受体生理紊乱,严重时甚至危及生命。所以,一直以来,溶血都是衡量血泵性能的重要指标。导致溶血的因素有很多,但内在的原因是血液的动力学行为。现有的研究表明,溶血出现在不符合生理要求的血流中,如湍流,涡流、高切应力区等等[1,2]。因此,了解血泵内部的血液流动模式,可以分析血泵的抗溶血性能。随着计算机并行技术的发展,CFD(Computational Fluid Dynamics)作为一种先进的数值模拟工具,开始应用于生物医学工程研究中,用来预测各种医疗设备中的流体流动和传质现象,为其性能评价和设计优化提供依据[3-6]。本研究针对江苏大学生物医学工程研究所研制的基于流线型设计的叶轮血泵和一种直叶片血泵,应用CFD对其内部流场进行了数值模拟,并与溶血实验结果进行了分析比较。1...  (本文共5页) 阅读全文>>

江苏大学
江苏大学

江大1号心脏泵和美国临床用Bio-pump的内流场及溶血性能的比较研究

溶血是叶轮血泵常见的一种血液破坏现象,溶血问题的解决是叶轮血泵应用于临床的首要前提。如何评价血泵的溶血性能一直是心脏泵研究者的工作重心。本文针对江苏大学生物医学工程研究所研制的流线型叶轮血泵(江大1号心脏泵)和美国临床用Bio-pump,通过理论分析、数值模拟、溶血实验和PIV实验等多种方法,系统评价叶轮设计与血泵的内流场及溶血性能之间的关系。本论文的主要内容和成果有以下几个方面:1.系统阐述流线型血泵的叶轮设计方法—三元解析方法。该方法从叶轮血泵的特殊技术要求出发,以流线型三元设计理论为基础,在柱坐标系下建立连续方程、运动方程和能量方程,获得人工心脏叶片和轮盘的表达式。2.建立了体外循环模拟实验台,对两种血泵进行了溶血实验。在设计工况(4L/min,100mmHg)下,基于流线型设计的叶轮血泵的溶血指标为0.030,小于Bio-pump的溶血指标(0.065)。3.建立了适用于心脏泵的数值模拟方法。针对叶轮血泵结构较复杂,尺寸...  (本文共146页) 本文目录 | 阅读全文>>

《生物医学工程学杂志》2005年01期
生物医学工程学杂志

旋转叶轮血泵的发展与展望

1 前 言心脏泵功能的衰竭是各种心脏病发展的严重阶段 ,直接威胁着病人的生命 ,据统计 ,全球心衰竭患者以每年 5 0 0 0万人次的惊人速度增长 ,其中 1 0 0 0万患者因此而死亡。无论是心脏病患者 ,还是临床医生和生物医学工作者均渴望用机械性血泵暂时或永久代替自然心脏维持机体血液循环 ,挽救病人生命 ,因此 ,人工心脏和机械性心脏辅助的研究已成为医务科技人员和工程技术人员极为关注的焦点 [1,2 ]。自上世纪 5 0年代 ,欧美发达国家的一些心脏中心开始了对血泵的研制 ,尤以美国、德国、日本、英国、法国、澳大利亚等国家研究最为活跃。俄罗斯、韩国、印尼等国的一些心脏中心也在积极研制。早期的植入式血泵均为仿生式隔膜泵 ,先后发展了气动式、电动式两代产品 ,以 TCI,NOVACOR等血泵为典型代表 [3 ] 。 5 0年代后 ,国外纷纷转向第三代血泵 (旋转叶轮式血泵 )的研究 ,DEBACK式微型轴流泵首次植入人体并取得成...  (本文共4页) 阅读全文>>

《北京生物医学工程》1988年Z1期
北京生物医学工程

人工心脏电动叶轮血泵的新进展

前言 定义叶轮血泵是离心血泵的一种。跟无叶轮的Biomedicus离心泵和电磁感应驱动的Medtronic离心泵不同,叶轮血泵是电机直接驱动的叶轮型离心泵。 优点叶轮血泵的忧点来自它的工作机理。在叶轮泵内,叶轮跟随电机一起旋转,带动血液旋转,产生离心力,达列输送l州夜的耳的。叶轮泵内只有二次能量转换:一次是通过电机由电能转换成机械能;另一次由血泵从机械能转换成液能。其他类型血泵所必需的附加的能量转换,造成能鼠损失和机械的不可靠性。所以,叶轮血泵具有体积小,重量轻,效率高,可靠性强的优点。 此外,叶轮血泵在功能_上而不是机械地在机理上模仿自然心脏,其内不存在进日和出l:I瓣膜,不需要振动的弹性隔膜,不存在保证容积平衡的顺应赃,所有这些部件存在的间题,在叶轮血泵不会出现。 问题叶轮血.泵到比前为止仅限作心室辅助装咒,其原因笼它也有自己的问题需要进一步研究解决。 泞先,进一步降低济血。是叶轮血泵作长期使用时的先决条件。特别是叶轮血泵产...  (本文共8页) 阅读全文>>

《北京生物医学工程》1988年01期
北京生物医学工程

叶轮血泵同转子泵的溶血比较

叶轮血泵具有体积小,重量轻,不需用瓣膜和不存在振动隔膜寿命问题等优点,因而从七十年代起引起人们的兴趣,发展至今,国外已经应用于临床。但是叶轮在泵内以每分钟300。转以上的速度旋转,许多人尤其是外科医生,仍不敢相信血细胞特别是红细胞会不受到破坏,为了消除人们的这疑虑,也为了对我们自行设计、制造的叶轮血泵的溶血指标作定量估价,我们将自制的叶轮血泵同目前在临床广泛使用的国产转子泵作了溶血比较。结果,叶轮血泵的溶血指标为0 .013,是国内外资料报道的血泵中最低的,转子泵溶血指标为0.064,与国外各种不同型号的转子泵比较,属中等水平。 料材与方法 关于叶轮血泵,已有文献〔l〕一〔3〕介绍。将叶轮泵及转子泵分别连接在双道血动力试验台的两个模拟循环系统上(图1)。试验台是专门为测试血泵的溶血指标而设计的〔4〕,包含两个循环系统,每个系统由人造心房,人造动脉组成,血泵实质上是人造心室。此外,每个系统上装有周身阻力调节器及流量和压力测量装置,...  (本文共5页) 阅读全文>>

《江苏大学学报(自然科学版)》2002年02期
江苏大学学报(自然科学版)

无源磁浮叶轮血泵的溶血实验及其指标的测定

任何叶轮血泵都会对血液造成破坏 ,即发生血损现象 溶血是其中最重要的一种 所谓溶血是由于叶轮高速旋转时 ,破坏红细胞而导致血红蛋白游离到血浆中的现象 这一现象会造成受体生理紊乱 ,严重时甚至危及生命 为了定量地表示溶血对机体的影响 ,更好地评价血泵的性能 ,生物医学上引入了溶血指标的概念 溶血指标是血泵在单位时间内输送 1 0 0L血液后 ,血浆中所增加的游离血红蛋白质量数 根据人体血液中红细胞的再生机理 ,血泵的溶血指标应低于 0 .1 为此 ,笔者针对江苏大学生物医学工程研究所新研制的无源磁浮叶轮血泵进行了溶血实验 ,测定出其溶血指标为 0 .0 5 1 溶血和溶血指标无论是博动流叶轮血泵还是非博动流叶轮血泵 ,叶轮的高速旋转都会破坏红细胞而导致血红蛋白游离到血浆中 ,即发生溶血现象 由于人体自身的骨髓具有造血功能 ,红细胞会自然衰亡 ,不断更新 ,大约三个月左右 ,血液中的红细胞将全部更新一次 不难设想...  (本文共3页) 阅读全文>>

燕山大学
燕山大学

锥形螺旋叶轮血泵流场数值计算与分析

心血管疾病已成为导致人类死亡的主要原因。由于心脏供体的数量极少,不能够满足重危心脏病患者的移植,提出了左心室辅助装置。左心室辅助装置的主体是血泵,它能够将左心的血液引流到泵内再注入到主动脉系统,起到部分或完全代替自然心脏的功能,维持正常的人体血液循环。血泵研究主要采用CFD技术,仅通过计算机仿真优化就可以得到较为理想的血泵模型,大大节省因开发物理样机而花费的财力和时间。本文利用CFD技术设计并计算锥形螺旋叶轮血泵,在满足人体生理需求的基础上,采用改变导叶、变化泵体锥度和出入口锥能改善流动滞止和速度环流。(1)详细综述了国内外人工血泵及其CFD仿真的研究现状,根据目前血泵存在的问题及发展趋势,利用PROE设计了泵体为锥形结构,具有两个头数的螺旋叶片,加之以流线型导流叶片的血泵。数值模拟采用全流道的方案。(2)分析了CFD模拟过程中所用到的模型及数值计算方法。采用k-ε双方程的湍流模型、N-S方程的数值解法、给定变量的差分格式、定子...  (本文共75页) 本文目录 | 阅读全文>>