本文關(guān)鍵詞：人工心臟的數(shù)值仿真與設(shè)計(jì)優(yōu)化，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：心力衰竭是各種心臟病患者主要的死亡原因之一,終末期心力衰竭的治療已經(jīng)成為心血管內(nèi)外科所面臨的巨大挑戰(zhàn)。鑒于藥物治療及外科手術(shù)的局限性,以及供體心臟的不足,心臟輔助裝置得以快速發(fā)展。人工心臟主要以微型機(jī)械泵來輔助或替代自然心臟完成泵血,其中軸流式血泵由于體積較小、結(jié)構(gòu)較簡單、易植入人體等優(yōu)點(diǎn),已逐漸成為人工心臟的研究熱點(diǎn)。血泵中的血液會(huì)因多種因素產(chǎn)生血栓和溶血,因此,研究血液在血泵內(nèi)的流動(dòng)情況,對(duì)人工血泵在醫(yī)學(xué)臨床上的運(yùn)用有著重要的意義。本文基于傳統(tǒng)軸流泵設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)了一款軸流式心臟泵,確立了以RNG κ-ε湍流模型作為血泵內(nèi)部流場的數(shù)值模擬方法,運(yùn)用CFD軟件對(duì)血泵內(nèi)的三維不可壓縮流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,計(jì)算得到了血泵內(nèi)部流場的壓力、速度、切應(yīng)力及湍流效應(yīng)分布情況,分析了血泵內(nèi)流場可能出現(xiàn)溶血和血栓形成的區(qū)域,并在此分析基礎(chǔ)上對(duì)血泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。分析結(jié)果表明：(1)改進(jìn)后血泵的流量輸出性能較原血泵有所改善,在較低的的轉(zhuǎn)速下便能達(dá)到正常人體所需求的6L/min流量輸出和100mmHg后負(fù)荷壓力輸出。(2)血泵內(nèi)流場在旋轉(zhuǎn)葉輪進(jìn)出口區(qū)域和后導(dǎo)葉入口處出現(xiàn)了較高的壓力和剪切應(yīng)力,改進(jìn)后的血泵內(nèi)流場壓力和切應(yīng)力極值較原血泵均降低,且壓力梯度更加均勻。(3)葉輪區(qū)域的血液有較高的流動(dòng)速度,改進(jìn)后的血泵內(nèi)血液高速流動(dòng)有所緩解,血液的高速流動(dòng)較原血泵降低了9.5個(gè)百分點(diǎn)。(4)在血泵葉輪和后導(dǎo)葉交界區(qū)域出現(xiàn)了較大的湍流動(dòng)能和湍動(dòng)能耗散率,改進(jìn)后的血泵湍流動(dòng)能有所降低,但湍動(dòng)能耗散率的改善并不太明顯。(5)在原血泵導(dǎo)流錐附近出現(xiàn)了明顯的流動(dòng)滯止,改進(jìn)后的血泵改善了該區(qū)域的血液流動(dòng)情況,避免了因流動(dòng)滯止形成血栓。通過分析得到結(jié)論：和原血泵相比,改進(jìn)后的血泵內(nèi)溶血和血栓形成概率降低。
【關(guān)鍵詞】：軸流血泵 湍流模型 CFD仿真分析 結(jié)構(gòu)改進(jìn)
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH789
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 研究背景與意義11-12
• 1.2 人工心臟的發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.1 全人工心臟12-13
• 1.2.2 心室輔助裝置13-17
• 1.2.3 國內(nèi)人工心臟發(fā)展現(xiàn)狀17-18
• 1.3 CFD在軸流血泵中的運(yùn)用18-19
• 1.4 主要研究內(nèi)容與方法19-21
• 第2章 軸流血泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模21-29
• 2.1 血泵的結(jié)構(gòu)與工作原理21-22
• 2.2 血泵設(shè)計(jì)參數(shù)選取22-23
• 2.3 血泵導(dǎo)流錐設(shè)計(jì)23-24
• 2.4 葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24-27
• 2.5 血泵三維模型建立27
• 2.6 本章小結(jié)27-29
• 第3章 軸流血泵流場控制方程與湍流模型29-37
• 3.1 流體機(jī)械內(nèi)部全三維流動(dòng)的控制方程29-32
• 3.2 內(nèi)部湍流的數(shù)值模擬方法及湍流模型32-35
• 3.2.1 湍流的數(shù)值模擬方法32-33
• 3.2.2 基于雷諾時(shí)均方程法的湍流模型33-35
• 3.3 血泵內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)區(qū)域的處理35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 第4章 軸流血泵流場仿真與分析37-52
• 4.1 流域網(wǎng)格劃分37-38
• 4.2 FLUENT計(jì)算參數(shù)設(shè)置38-39
• 4.2.1 流體參數(shù)設(shè)置39
• 4.2.2 求解算法與邊界條件確定39
• 4.3 仿真結(jié)果及分析39-50
• 4.3.1 血泵轉(zhuǎn)速與流量關(guān)系40-41
• 4.3.2 血泵內(nèi)部壓力場分析41-43
• 4.3.3 血泵內(nèi)部速度場分析43-47
• 4.3.4 血泵內(nèi)部應(yīng)力場分析47-49
• 4.3.5 血泵湍流效應(yīng)分析49-50
• 4.4 本章小結(jié)50-52
• 第5章 軸流血泵的結(jié)構(gòu)改進(jìn)52-63
• 5.1 血泵結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案52
• 5.2 泵結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)過程52-54
• 5.3 改進(jìn)后的血泵CFD分析54-62
• 5.3.1 改進(jìn)后血泵轉(zhuǎn)速與流量關(guān)系54-55
• 5.3.2 改進(jìn)后血泵內(nèi)部壓力場分析55-57
• 5.3.3 改進(jìn)后血泵內(nèi)部速度場分析57-60
• 5.3.4 改進(jìn)后血泵應(yīng)力場分析60-61
• 5.3.5 改進(jìn)后血泵湍流效應(yīng)分析61-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論與展望63-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文69

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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2 錢坤喜,曾培,茹為民,袁海宇,鄭銘,陳鎖成;人工心臟電動(dòng)葉輪血泵動(dòng)物試驗(yàn)及臨床試用[J];生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志;1998年03期

3 武文芳;吳兵;;人工心臟的歷史及研究進(jìn)展[J];中國醫(yī)學(xué)裝備;2008年03期

4 張寶寧,張揚(yáng)軍,吳玉林,孟慶國,焦立新,張錦,王奇,李佳春,李功宋;應(yīng)用CFD對(duì)人工血泵流場進(jìn)行數(shù)值仿真[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào);2002年01期

5 張巖;孫寒松;周建業(yè);張浩;鄭哲;李國榮;朱曉東;桂幸民;胡盛壽;;一種新型軸流式心臟輔助血泵的研制和初步的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào);2008年01期

  本文關(guān)鍵詞：人工心臟的數(shù)值仿真與設(shè)計(jì)優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：393795