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心力衰竭现今已经成为心血管疾病中致死率最高的疾病之一。心脏移植是治疗终末期心衰患者唯一的治疗手段。但是因为心脏供体的缺乏,很多患者在等待供体的心脏移植过程中死亡。因此,用于机械辅助支撑终末期心衰患者心脏做功的轴流血泵被发展起来,用以维持患者心血管循环中血液的正常循环,延缓患者的生命。轴流血泵的叶轮高速旋转带来高剪切应力,造成泵中血液损伤程度很高。论文所研究的经皮下植入式微型轴流血泵有严格的径向尺寸限制,但轴向尺寸限制小,所以本文通过增加轴流血泵的级数来降低叶轮转速,探索在满足辅助要求条件下减小血液损伤的可能性。同时,轴流血泵在进行心衰辅助时,由于衰竭的左心室仍然不断地收缩舒张对血液挤压做功,使血泵的进口压强和流量产生周期性变化,造成血泵处于非稳定脉动运行状态,泵内血液损伤也是未知的。综上所述,本文发展了血液损伤的评价方法,结合溶血和血栓的数学计算模型,通过CFD计算探究了在心衰脉动过程中两级轴流血泵内血液损伤的程度。本文主要进行了以下两个方面的研究:(1)对两级轴流血泵进行两种不同直径尺寸的水力设计,并且根据首次级扬程的不同分成三种组合。单级轴流血泵用于同两级轴流血泵做血液损伤程度的比较。在进口流量5 L/min、出口压力100 mmHg的工况下,对这两种类型的轴流血泵进行数值模拟,结果显示:外径为14 mm的轴流血泵系列中,两级轴流血泵的血液损伤比单级设计大;外径为8 mm的轴流血泵系列中,两级轴流血泵溶血程度优于单级设计,而血小板活化程度差于单级设计。三种不同扬程组合的两级轴流血泵相比,在溶血程度和血小板活化程度的指标上,两级低-高扬程叶轮组合血泵设计优于两级等扬程和两级高-低扬程叶轮组合血泵设计。(2)为了理解血泵脉动运行时流动对血液造成的损伤,我们建立了血泵和心血管循环系统多尺度模型。多尺度模型将0维尺度的心血管循环集中参数模型和3维尺度的轴流血泵内部流动分布式参数模型相结合。以两级轴流血泵为例,用MATLAB仿真得到一个心动周期中两级轴流血泵的动态进出口压差和流量变化。其次,根据血泵内血流动力特性,将动态工况分段划分,并以这些流量作为准静态工况进行溶血程度和血小板活化程度的计算。最后,将一个心动周期中准静态工况的溶血程度、血小板活化程度做时间加权平均,得到平均溶血程度值、血小板活化程度值。研究表明,多尺度模型的计算方法可以预估血泵在心衰脉动运行时的平均溶血程度、血小板活化程度。