膜式氧合器內(nèi)部流體運(yùn)動(dòng)特性對其性能有重要影響,利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）對氧合器模型進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析是預(yù)測其性能的重要方法之一。本文基于壓降實(shí)驗(yàn)計(jì)算氧合器纖維束的黏性阻力系數(shù),建立了各向同性多孔介質(zhì)模型。采用RNG k-ε湍流模型對不同流量下氧合器內(nèi)部流場進(jìn)行計(jì)算,得到了血液速度、壓力和壁面剪切應(yīng)力分布云圖。發(fā)現(xiàn)隨著流量的增加,氧合器內(nèi)部速度梯度分布形式基本保持不變,壓力分布呈傾斜狀態(tài)且逐漸減小,大部分壓力損失位于纖維束內(nèi),其中53.3%位于氧合室,42.6%位于變溫室。氧合器血液的入口及出口位置為血液損傷的高發(fā)區(qū)域。采用溶血數(shù)值預(yù)估模型計(jì)算得到了氧合器的標(biāo)準(zhǔn)溶血指數(shù)NIH。結(jié)果表明:在低流量1.65～3.00L/min下,各向同性多孔介質(zhì)模型的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致,模擬數(shù)值與實(shí)驗(yàn)數(shù)值的偏差會(huì)隨著液體流量的增加而變大;流量為1.65～6.00L/min時(shí),標(biāo)準(zhǔn)溶血指數(shù)NIH為0.0084～0.0835g/100L,滿足人體生理允許的使用范圍。 

【文章來源】：化工進(jìn)展. 2020,39(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

膜式氧合器工作原理

通過實(shí)驗(yàn)測量膜式氧合器不同流量下變溫室和氧合室的壓降值，計(jì)算纖維束的黏性阻力。開展氧合器內(nèi)部流場數(shù)值計(jì)算，驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)流程見圖2，本實(shí)驗(yàn)使用市售國產(chǎn)某型號(hào)成人膜式氧合器，以水作為流體介質(zhì)，通過離心泵將水從進(jìn)血口導(dǎo)入氧合器，測量離心泵在不同轉(zhuǎn)速時(shí)氧合器進(jìn)血口，出血口的流量值及壓強(qiáng)值，其中流量值與壓強(qiáng)值通過相應(yīng)的傳感器（速度傳感器為SONOFLOW CO.56，壓力傳感器為NORa有創(chuàng)壓力傳感器）測量得到。之后將氧合器的變溫室和氧合室分離，并分別測量這兩部分在不同流量下的壓降值。利用matlab軟件將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Q-ΔP線性插值擬合，如圖3所示，得到變溫室和氧合室區(qū)域的ΔP/Q值，將其分別代入式(4)即可求得兩區(qū)域各自的黏性阻力：氧合室黏性阻力1/α=9.210×108m-2；變溫室黏性阻力1/α=1.069×109m-2。

利用matlab軟件將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Q-ΔP線性插值擬合，如圖3所示，得到變溫室和氧合室區(qū)域的ΔP/Q值，將其分別代入式(4)即可求得兩區(qū)域各自的黏性阻力：氧合室黏性阻力1/α=9.210×108m-2；變溫室黏性阻力1/α=1.069×109m-2。4 仿真計(jì)算設(shè)置


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