基于溶血估算的膜式氧合器内部流场分析与结构优化

血细胞损伤是影响膜式氧合器综合性能的重要因素之一。为了提高膜式氧合器的综合性能,对膜式氧合器进行流体动力学分析、溶血估算。基于压降实验建立多孔介质模型,采用标准κ-ε湍流模型在入口流量为2.0～6.0 L/min范围内,对不同流量下膜式氧合器内部流场进行计算分析,并在此基础上利用正交试验对膜式氧合器的结构参数进行优化设计。结果表明:优化后进出口总压降减少了24.1%,最大湍流强度降低了22.9%,最大壁面剪切应力减少了45.5%,中间截面的最大标量剪切力减少了31.1%,最大流速降低了9.9%,出、入口以及中间管道中的血液损伤得到了明显改善;优化前后标准溶血参数值(normalized index of hemolysis, NIH)范围由0.002 85～0.012 9 g/100 L变为0.002 44～0.004 46 g/100 L,膜式氧合器的总体溶血性能也得到了明显提高;该结构优化大大降低了血细胞损伤的形成可能,为新型长效膜式氧合器的开发与应用提供了理论支撑。     

内置式膜式氧合器模型氧合效果的评价

设计了三种不同编排方式的静脉内中空纤维膜式氧合器(IVOX)模型,用Na2SO3的水溶液进行了氧合器的水气传质实验,以Na2SO3的氧化反应来模拟血红蛋白的氧合,并且建立了符合此体系的半经验数学模型,求算相应的血氧交换速率。结果表明,纤维的编排方式对氧合器的氧合效果有显著的影响,网线式的编排具有最好的氧合效果。     

海水膜式增氧的实验室研究

本文通过对于海水的膜式、自然式和鼓泡式增氧方法的比较，发现膜式增氧法具有氧气传递效率和馥利用率高等特点，在此基础上，本文还研究了影响氧在海水中透过膜进行传递的效率的因素，通过对增氧机核心部件-膜式氧合器的优选，选择出经济上可行、传质效率较高的华滤中空纤维膜，为以后设计打下了基础。     

交叉流微孔聚丙烯中空纤维膜式氧合器研究

在自行建立的膜式氧合器水气传递实验装置上,分别对血气转流前后的MINIMAX PLUS^TM氧合器进行水气传递实验,测得了结构因子α,β,用Mockro和Leonard半径经数学模型拟合血中氧气传递速率,结果表明,新的MINIMAX PLUX^TM氧合器性能优良可靠,但经一次心内直视手术血气转流后,氧合器的血气传递效率明显下降（仅为原来的40％左右）,用原子力显微镜方法对氧合器中微孔聚丙烯中空纤维膜的微孔结构形态作显微研究,首次给出了微孔聚丙烯中空纤维膜在纳米尺度上的三维超微结构形貌图像及经血气转流前后纤维表面超微结构发生的尺寸变化,认为微孔中空纤维膜表面超微结构形态对氧合器的生物相容性及耐久性有直接影响。     

填料式氧合器并流向下流动氧传质特性

在φ100mm的填料式氧合器中,分别采用4种填料,对并流条件下血液吸收O_2的传质特性进行了研究,与逆流条件下获得的结果进行比较。实验结果表明:对于填料式氧合器,并流操作优于逆流;在本文选定的4种填料中,PVC阶梯环的传质效果最佳。但综合考虑血液的相容性和填料的传质特性,则宜选用PTFE拉西环填料。     

ECMO氧合器膜丝阵列多相流动数值模拟与分析

为分析体外膜肺氧合技术(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)氧合器内膜丝排列方式对血液流动和气体输运的影响，该文选取某商用氧合器的轴截面为简化模型，采用基于沉浸边界(immersed boundary,IB)法的自编软件进行了稳态血液流动与多气体组分耦合输运的数值模拟。通过与商业计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)软件Fluent计算结果、已有文献结果进行比较，验证了所采用的数值方法和自编软件具有适用性。计算结果表明：在一定的孔隙率下改变膜丝排列方式和膜丝倾斜角将影响轴向和径向渗透率，会明显改变血液流动和气体输运的性能；具有径向交错和大倾斜角的膜丝排列能避免出口段大尺度旋涡，降低血液损伤风险。进一步分析可知，ECMO气体输运性能主要受膜丝排列方式的影响，且增大倾斜角有利于提升交错阵列的气体输运效率。该文研究可为实际工程中广泛存在的三维孔隙尺度多相流动数值模拟提供一定参考，为ECMO结构优化、临床运行中参数调整提供科学依据。     

急性低氧对鲫鱼幼鱼血液基础指标的影响

为考查急性低氧对鲫鱼(Carassius auratus L.)幼鱼血液基础指标的影响,将身体健康、体重为(267.26±13.93)g实验鱼12尾随机平均分为两组,对照组置于水温20℃、溶氧浓度为(7.5±0.5) mg· L-1的水环境中,处理组置于相同水温但溶氧浓度为(1.0±0.2) mg· L-1的低氧水环境...     

聚-4-甲基-1-戊烯中空纤维膜式人工肺组件的氧气传质性能的研究

采用自制的聚-4-甲基-1-戊烯中空纤维膜组装成中空纤维膜式人工肺组件,以去离子水、生理盐水、甘油水溶液和Na2SO3水溶液来模拟血液,按照中空纤维膜内通氧气、中空纤维膜外走模拟液的方式进行体外性能测试,测定膜式人工肺组件在不同的液体流速、气体压力、中空纤维膜根数和模拟液种类下的氧气传输速率.实验表明:随着液体流速的加快、气体压力的变大和中空纤维膜根数的增多,膜式人工肺组件在四种模拟液下的氧气传质性能均对应不同幅度的强化.同时,依据质量守恒定律和双膜理论建立了一种膜式人工肺组件的氧气传质数学模型,为中空纤维膜传质性能研究和人工肺组件的结构优化提供了有益的参考.     

膜法富氧曝气处理高浓度制药废水

研究了富氧曝气及空气曝气对有机物去除效果的影响,耦合平板膜生物反应器,同时考察对高浓度生物制药废水处理的效果.实验结果表明:富氧曝气下生化降解效果明显高于空气曝气,且在30~45 min效果最好;在化学耗氧量为2 000~2 500 mg/L时,富氧曝气优势最明显.利用富氧曝气耦合平板膜生物反应器处理制药废水,其出水水质较好,在处理高浓度废水中具有显著的优势.     

离心式血液泵水力性能的实验及数值模拟

为研究血液泵中的流动与水力性能和生理相容性的内在联系,在闭式血液泵实验台上,通过调节电机转速和控制流量的方式对一种径向离心式血液泵进行了外特性实验研究。为了与实验对比,对该泵进行了全流道三维定常湍流数值模拟。根据实验结果及流动分析得知:血液泵在流量5 L.min-1时扬程大于1 m,通过调整电机转速可以得到宽广的运行范围;血液泵运行在较低转速时流动的Reynolds数效应不可忽略;叶片吸力面出口附近壁面剪切应力较大,是造成血液损伤的危险区域。     

谢伍德准数方程不适于描述蔗糖晶体的生长

本论文通过理论分析和具体的实验数据,证实了谢伍德(Sherwood)准数方程不适于描述蔗糖晶体的生长情况,并提出了较合适的数学模型。     

压裂酸化施土时，氢离子有效传质系数变化规律的试验研究

裂缝中流动酸液的有效穿透距离,是压裂酸化施工设计和预测增产效果的一个重要参数。迄今为止,国内外的研究者,在解决这一问题时,均未考虑酸一岩流动反应过程中,酸浓度下降和反应产物浓度升高对氢离子传质速度的影响。我们的研究发现,同离子效应对氢离子有效传质系数的影响较大,是一个不可忽视的重要影响因素。本文在系统试验研究的基础上,给出不同浓度的盐酸和四川二迭系阳新灰岩反应时,氢离子有效传质系数与余酸浓度的关系曲线,用数理统计的方法,给出了无因次氢离子传质系数与无因次余酸浓度及流动雷诺数函数关系的经验方程。将此经验方程代入并求解变系数的对流扩散偏微分方程,即可获得考虑酸浓度变化和同离子效应时的酸液有效穿透距离的计算方法。也可用分段迭加计算法来近似计算这一距离。     

质子交换膜燃料电池及其数学模型简述

以氢氧质子交换膜燃料电池为例,阐述了燃料电池的工作以及计算燃料电池动力学的基础数学模型。这个模型包括五个基本的控制方程:质量、动量、组分传递、电荷和能量方程以及各物理化学属性之间的关系。     

高通量空气隙膜蒸馏系统的传热传质模型

该文建立一个高通量的空气隙膜蒸馏系统的传热传质模型,考虑了空气隙内蒸汽冷凝及膜面与冷壁部分接触对传热传质的影响。建模前先由实验确定系统膜面及冷壁上的对流换热系数、膜内质量传递修正系数和空气隙厚度修正系数,并表达为经验公式。用该模型对6个膜面与冷壁有不同间隙厚度和不同接触程度的膜组件系统预测得到的膜蒸馏通量与实验值误差一般小于10%;预测的空气隙内蒸汽冷凝程度也与实验观察相符。     

太阳能膜蒸馏实验与数学建模

为以太阳能作为膜蒸馏驱动能源,在不同热工质温度与流量下进行气隙式膜蒸馏实验,建立膜蒸馏传热、传质过程的数学模型,并对该数学模型求解以验证其计算结果的正确性,计算了太阳能膜蒸馏系统的热效率.结果表明,该数学模型是可靠的,可以预测不同工况下膜蒸馏通量;热工质温度较高和流量较大时,膜蒸馏系统具有较高的热效率.     

膜法无泡供氧的气压优化

膜法无泡供氧是一新兴高效好氧生物处理水体污染的供氧技术，气相操作压力是实现无泡供氧的关键因素．为了考察其在无泡供氧中发挥的重要作用，在对膜供氧的传质机理和传质方程进行探讨的基础上，考察了聚丙烯中空纤维膜在泡点压力下不同气相操作压力对供氧效果的影响，并结合所求得氧的体积传质系数分析不同气相操作压力对氧传质的影响．结果表明，在一定操作压力范围内，氧的体积传质系数随气相操作压力的提高而增大，供氧效果也增强．     

用EIS研究PEMFC膜电极的运行条件对其性能的影响

在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中，采用电化学阻抗谱（EIS）研究了膜电极（MEA）的一些运行条件对其工作性能的影响，并探讨了其作用机理．通过测量数据的解析和等效电路的数学模拟，得到了与MEA结构关联的电极诸参数随电池温度和反应气体压力的变化规律．研究表明，MEA的氧电极的电化学反应电阻随电池温度的升高显著减小，氧电极的双电层电容随电池温度的升高有所增加，表明电极有效面积得以增加，有利于MEA工作性能的提高．     

无泡曝气工艺实验研究

实验研究了中空纤维膜向水中进行无泡曝气的工艺过程,结果证明,这是一种高效的新型曝气工艺技术,其供氧的总传质系数可以达到605h-1,是传统气泡曝气方式的6倍以上;水流速和气体压力是影响无泡曝气供氧能力的2个主要变量,通过控制气压可以定量调节曝气量。