【摘 要】
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本文主要针对自主设计的离心式血泵流场内的流动特性与溶血性能展开研究。在满足血泵设计目标的基础上,根据对流场中血液流动特性与溶血值大小的分析,针对性地提出调整叶片偏角与隔舌圆角两种结构改进设计方法,用于提升血泵性能。并分别对流体控制方程、血液损伤理论、血泵结构设计、流体仿真计算以及血泵性能进行详细的理论分析与实验论证。首先对血泵发展史及国内外离心式血泵的研究现状进行概述,从多个方向阐述离心式血泵的优
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本文主要针对自主设计的离心式血泵流场内的流动特性与溶血性能展开研究。在满足血泵设计目标的基础上,根据对流场中血液流动特性与溶血值大小的分析,针对性地提出调整叶片偏角与隔舌圆角两种结构改进设计方法,用于提升血泵性能。并分别对流体控制方程、血液损伤理论、血泵结构设计、流体仿真计算以及血泵性能进行详细的理论分析与实验论证。首先对血泵发展史及国内外离心式血泵的研究现状进行概述,从多个方向阐述离心式血泵的优势以及制约血泵性能发展的主要因素,根据血液损伤理论建立流体控制方程与溶血预估模型。根据离心泵设计理论,设计出血泵叶轮结构并确定三维模型。将流体域进行离散化网格划分以及网格无关性验证,并对计算域进行有限元计算,通过计算结果与设计目标相对比,对血泵进行结构调整,使调整后的血泵结构满足设计要求。在确定血泵三维模型的基础上,通过建立的流体剪切应力数学模型与血液损伤计算方法,分别针对6种转速、入口流量下的流场进行流体特性分析与溶血值计算,并对计算后的压力场、速度矢量场、剪切应力场等物理场进行分析处理。计算出各工况下的扬程与溶血值,探究转速、入口流量分别与扬程以及溶血值的关系:流量保持4L/min恒定,扬程与溶血值随转速的增加逐渐增加,其中溶血值由2200rpm下的0.0378上升到3200rpm下的0.067,上升77.2%;转速保持3000rpm恒定,扬程与溶血值随入口流量的增加呈下降趋势,溶血值由2L/min下的0.0713下降到7L/min下的0.0429,下降39.8%。为验证仿真结果的有效性,制作血泵模型进行水力与溶血性能实验验证。将实验结果与仿真结果进行对比分析:在同一种工况下,其仿真扬程与实验扬程计算结果基本相同,且溶血值计算误差在9.4%。对误差现象进行分析,判断出该仿真结果能够较理想地模拟出流场的流动状态与溶血性能。根据初始流场流动特性与溶血性能分析结果,针对流场中存在高压强、高剪切应力区域以及低压与涡流等不利于红细胞存活的现象,提出对叶片偏角以及隔舌圆角进行结构优化的方案。相同工况下（Q=4L/min,n=3000rpm）,通过流体仿真分别计算叶片偏角在15°、30°、45°与60°结构下的流场并进行分析。仿真结果表明:当偏角为45°时,溶血值最低为0.0314,相较于初始结构下的溶血值降低48.1%;将隔舌圆角半径分别调整为0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm等四种结构,通过流体仿真计算,在隔舌圆角半径为1.5mm时,溶血值最低为0.0463,较初始结构下的溶血值降低23.5%。
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