心血管疾病是主要的致死原因,其發(fā)病率也在逐年上升,嚴(yán)重威脅著人類的健康。心血管人工器官已經(jīng)成為治療患者的重要手段。在心血管人工器官如心室輔助裝置(Ventricular Assist Devices,VADs)中,流場會產(chǎn)生很高的非生理性剪切應(yīng)力,由此導(dǎo)致的溶血問題一直是業(yè)內(nèi)人員的研究熱點(diǎn)。作為心血管人工器官的一個典型,美國食品藥監(jiān)局(U.S.Food and Drug Administration,FDA)給出了噴管和血泵兩個標(biāo)準(zhǔn)模型。本課題是對心血管人工器官中血液流動和溶血模擬策略的研究。使用計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法,研究不同尺寸的噴管流場形態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)血泵的流場、溶血問題,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證仿真結(jié)果。不同于傳統(tǒng)的溶血預(yù)測模型——使用有效剪切應(yīng)力、暴露時間對于溶血的影響,本課題使用基于能量耗散方法的溶血預(yù)測模型預(yù)測溶血量。工作包括以下幾個部分:(1)湍流模型與溶血預(yù)測理論,包括傳統(tǒng)的溶血預(yù)測模型和基于能量耗散方法的溶血預(yù)測模型的理論理解。(2)FDA噴管模型的數(shù)值計(jì)算。使用大渦模擬(Large Eddy Simulation,LES)的方法,采用WALE模型進(jìn)行兩種工況下的流場計(jì)算。(3)FDA噴管模型的實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)并制作了噴管的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?搭建了實(shí)驗(yàn)平臺,進(jìn)行水力學(xué)外特性實(shí)驗(yàn)。(4)FDA標(biāo)準(zhǔn)血泵模型的數(shù)值計(jì)算。使用雷諾時均N-S方程(Reynolds Averaged Navier-Stokes,RANS)方法,采用RNG k-?模型分別討論在三種工況下,葉片倒角(有倒角和無倒角)和葉輪不同網(wǎng)格劃分方法(結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格)對血泵內(nèi)流場和溶血預(yù)測的影響。(5)分別使用傳統(tǒng)溶血預(yù)測模型和基于能量耗散方法的溶血預(yù)測模型進(jìn)行FDA標(biāo)準(zhǔn)血泵模型的數(shù)值計(jì)算,并對比了不同溶血模型的計(jì)算結(jié)果差異。研究結(jié)果顯示,噴管的流場速度和壓力在管道直徑突然變化時變化較大,此現(xiàn)象與已發(fā)表的結(jié)論一致。與實(shí)驗(yàn)對比,數(shù)值計(jì)算的數(shù)據(jù)是可靠的。葉輪有無倒角和網(wǎng)格劃分方法不同對血泵壓頭、流場均有影響,從而影響溶血值的計(jì)算。同時,基于能量耗散方法的溶血預(yù)測模型的計(jì)算結(jié)果更接近FDA發(fā)表的實(shí)驗(yàn)值。研究結(jié)果還表明,流場內(nèi)部細(xì)節(jié)特征與壓頭的計(jì)算存在一定的關(guān)聯(lián)性但壓頭對內(nèi)部細(xì)節(jié)流場特性不是很敏感。本課題對更好的使用CFD輔助血液相容性設(shè)計(jì)具有重要的意義。
【學(xué)位單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R318.1
【部分圖文】：

圖 1.1 心室輔助裝置示意圖植入方式可分為植入式 VAD 和非植入式 VAD：（1）管道較短，因此耗能較少，耐久性也好所以抗血栓性能較好；（3）結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)相對比較很大的使用價值；（4）術(shù)后感染問題能得到較好 經(jīng)歷了三代：第一代是搏動式血泵 VAD，第二血泵 VAD，第三代是懸浮式血泵 VAD[11]。第有驅(qū)動、檢測和控制系統(tǒng)。但是由于其產(chǎn)生的流耐久性差，易感染等缺點(diǎn)，慢慢地被第二代 VA在殼體中轉(zhuǎn)動，增加了血液的動能和壓強(qiáng)，達(dá)到血泵從流體機(jī)械學(xué)的角度可分為軸流泵、離心組成，葉輪在血液內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)。軸流泵自身有很

心血管人前處理階段、求解階是建立分析模型，復(fù)SOLIDWORKS、UG理工具 ANSYS DM 來GAMBIT 等。求解階處理階段的任務(wù)是進(jìn)ECPLOT、CFD-POST

模擬策略研究 據(jù)；有完善的幾何修改創(chuàng)建功能，缺陷及多余的細(xì)小特征；可以將幾格；擁有先進(jìn)的 O 型網(wǎng)格技術(shù)，常D 的網(wǎng)格是建立在模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的絕大部分時間[16]。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳華春;王志強(qiáng);龔高;周欣;;離心式磁懸浮血泵內(nèi)部流場數(shù)值仿真[J];解放軍醫(yī)藥雜志;2013年08期

2 李曉俊;袁壽其;潘中永;袁建平;司喬瑞;;基于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的離心泵全流場數(shù)值模擬[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報;2013年07期

3 李濤;趙慧;;兩級軸流血泵CFD性能仿真[J];機(jī)床與液壓;2013年13期

4 張健;馬維國;;心力衰竭的機(jī)械支持治療[J];中國醫(yī)刊;2013年05期

5 邢作英;王永霞;朱明軍;;慢性心力衰竭流行病學(xué)研究現(xiàn)狀及其病因[J];中華實(shí)用診斷與治療雜志;2012年10期

6 劉維永;金振曉;;終末期心力衰竭外科治療的進(jìn)展與思考[J];中華胸心血管外科雜志;2012年06期

7 阮曉東;陳松松;錢偉文;鄒俊;付新;;基于溶血性能的離心式旋轉(zhuǎn)血泵設(shè)計(jì)[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報;2011年03期

8 程云章;駱賓海;吳文權(quán);姜磊;;基于CFD技術(shù)的無葉片離心血泵內(nèi)部流動特性分析研究[J];生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志;2010年05期

9 吳廣輝;藺嫦燕;張錫文;李冰一;王景;;磁驅(qū)動血泵溶血分析[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報;2010年03期

10 任志安;郝點(diǎn);謝紅杰;;幾種湍流模型及其在FLUENT中的應(yīng)用[J];化工裝備技術(shù);2009年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張巖;一、一種新型軸流泵式心臟輔助血泵的研制和體外性能實(shí)驗(yàn) 二、外軸承血泵方案（整體轉(zhuǎn)子方案）的提出[D];中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 韓冰雪;螺旋離心式心臟泵內(nèi)部流動特性及其對血液的影響[D];蘭州理工大學(xué);2014年

2 祝雪嬌;中空式軸流血泵的數(shù)值模擬及初步優(yōu)化[D];清華大學(xué);2012年

3 王樂;基于CFD技術(shù)的心臟輔助裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2009年

4 秦武;固液兩相流離心泵內(nèi)部流場的數(shù)值模擬研究[D];長沙理工大學(xué);2009年

5 王廣義;錐形螺旋葉輪血泵流場數(shù)值計(jì)算與分析[D];燕山大學(xué);2007年

6 鄒濤;離心泵內(nèi)部三維復(fù)雜流場的數(shù)值研究[D];西安理工大學(xué);2007年

本文編號：2841324