膜式氧合器是进行心血管手术、治疗急性呼吸疾病和肺移植等待阶段中必要的医疗设备。随着人们对膜式氧合器的研究逐渐深入,如何降低其使用过程中对血液的损伤和提高传热、传质效率成为了亟需解决的问题。本文从膜式氧合器的血液流道结构和其内部膜排列两方面进行研究,一方面利用多孔介质模型对膜式氧合器血液流道内部流场进行分析,并针对流场内部易发生血液损伤的区域,对流道结构进行优化;另一方面为了弥补多孔介质模型忽略膜间局部流动的缺陷,建立纤维模型对膜间流体的流动和传热进行研究。具体工作为:（1）在血液流道结构研究方面,首先建立膜式氧合器的血液流道三维模型,利用Fluent软件中的标准k-ε湍流模型和多孔介质模型对其流场进行计算,得到不同流量下流体的速度、压力和湍流强度等分布特性,并通过溶血预测模型对其进行血液损伤分析。结果显示,血液流道进、出口流体域转角处存在大漩涡和回流区,容易导致血液损伤,是需要进行结构优化研究的主要区域。通过压降实验验证了数值模拟的准确性。（2）针对数值模拟分析结果,对膜式氧合器血液流道进行了结构优化。以标准溶血指数值为优化指标,结合Taguchi法得到初步优化的血液流道结构参数,以该法所得优化参数为中心点,利用二阶响应面法建立结构参数与优化指标间的关系式,预测各结构参数对标准溶血指数的影响,最终获得了对血液损伤最小的结构参数,分别为入口管道角4°,锥角3.8°,导流柱高27 mm,出口管道角4°,与原模型相比,标准溶血指数值降低了38%。（3）在膜排列研究方面,建立了不同纤维膜排列的三维模型,通过数值模拟求解膜间流体流动方程和传热方程,得到中空纤维膜间隙的流体在不同管径比、排列方式和流动冲击角下的流动和传热情况。结果表明,在满足压降要求的情况下,叉排、小管径比结构对流体扰动更强,有利于传热。相同条件下,流动冲击角越大,传热效果越好。通过实验对数值模拟结果进行了验证。本文从血液流道结构和膜排列两个方面对膜式氧合器进行流场特性分析,为降低其使用过程中的血液损伤和强化传热提出了相应的优化方向,研究结果可为后续膜式氧合器的开发和优化提供一定的参考。