目的應(yīng)用計算流體動力學(xué)(computational fluid dynamics,CFD)方法對電磁驅(qū)動搏動式灌注血泵流場進(jìn)行仿真分析,通過改進(jìn)泵頭結(jié)構(gòu)改善血液在血泵的流動狀態(tài),提升其抗溶血性能。方法應(yīng)用Fluent 17. 0分析泵頭結(jié)構(gòu)變化對泵內(nèi)流場的影響,通過血液流入和流出的4次仿真實驗,分析內(nèi)部液體的流線分布、中軸面上的湍流動能分布、血液流經(jīng)泵頭的壓力損失和模型表面受到的切應(yīng)力。結(jié)果在4次實驗中,泵頭入口與出口管路對稱且與對稱軸的夾角α=30°時,液體流線無明顯紊亂,湍流程度較低;實驗1中壓力損失最小,為376. 8 Pa;實驗1、2中的最大切應(yīng)力分別為258. 6、302. 8 Pa,符合壓力損失和溶血程度等血泵生物力學(xué)性能要求。選擇α=30°模型為該電磁驅(qū)動搏動式灌注血泵的泵頭結(jié)構(gòu),并通過3D打印技術(shù)進(jìn)行制作。結(jié)論經(jīng)過對泵頭的優(yōu)化分析,血泵溶血性能得到改善。研究結(jié)果可以運用到新型電磁驅(qū)動搏動式灌注血泵的設(shè)計與實驗中。

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【部分圖文】：

圖1 灌注系統(tǒng)及血泵結(jié)構(gòu)示意圖

電磁驅(qū)動搏動式灌注血泵采用梯度線圈-永磁體結(jié)構(gòu)，通過梯度線圈產(chǎn)生磁場使永磁體實現(xiàn)直線往復(fù)運動，永磁體擠壓泵腔中的血液產(chǎn)生搏動性血流。電磁驅(qū)動搏動式灌注血泵的結(jié)構(gòu)如圖1所示。泵殼是內(nèi)表面光滑的醫(yī)用硬質(zhì)塑料圓管;圓管內(nèi)部裝有軸向均勻磁化的圓柱形永磁體，材質(zhì)為釹鐵硼，永磁體可以在圓管內(nèi)....

圖2 初始泵頭結(jié)構(gòu)及仿真實驗結(jié)果

在實驗1中，兩種泵頭模型內(nèi)血液的流動曲線都發(fā)生明顯的紊亂，2號泵頭模型中血液的流動速度較小，1、2號泵頭模型中軸面上的最大湍流動能分別為1.535、1.193m2/s2，數(shù)值較大;在實驗2中，兩種泵頭模型內(nèi)血液的流動曲線分布均勻，兩種泵頭模型中軸面上的湍流動能分布都集中在出口管....

圖3 不同泵頭結(jié)構(gòu)及仿真實驗結(jié)果

分析表明，兩種泵頭結(jié)構(gòu)不合理易造成較高溶血性。因此，本文主要通過CFD方法對灌注泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化泵頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)和血液出口與入口之間夾角，得到溶血值較低的泵頭結(jié)構(gòu)。結(jié)合上文中的仿真結(jié)果，對初始的泵頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的泵頭模型為流線型，入口和出口管路呈對稱分布。由于泵頭入口....

圖4 實驗2、3、4結(jié)果

將7種模型分別進(jìn)行4次仿真實驗后，得到模型中軸面上最大湍流動能結(jié)果(見表4)，并將實驗2、3、4結(jié)果制作成折線圖(見圖4)。模擬血液流入血泵時，模型中軸面上的最大湍流動能較小;模擬血液流出血泵時，入口速度越大，液體的湍流動能越大，在實驗2、3、4中，α=25°、30°和35°的3....

本文編號：4032370