基于血液撞击损伤机理的高速螺旋血泵仿真分析

采用血液流变学及应力波理论,对高速螺旋血泵中血液撞击损伤机理进行研究,分析红细胞-固壁撞击破碎的过程和红细胞膜冲击破碎的条件;通过血液撞击损伤实验,对不同撞击速度下血液生理性能指标变化及红细胞微观形态进行观测分析,得出红细胞破碎的临界撞击速度;结合所设计的螺旋轴流血泵及螺旋混流血泵,应用多相悬浮体CFD 仿真技术,对血泵中的速度场进行仿真分析.研究结果表明当垂直撞击速度达到6 m/s 以上时,红细胞有可能发生破裂而导致溶血;所设计的螺旋混流血泵中血液由于红细胞撞击破碎而导致的溶血情况并不严重,其血液撞击损伤程度比螺旋轴流血泵的撞击损伤程度低.     

基于CFD螺旋离心式血泵与离心式血泵内部流场的数值分析

利用CFD软件对采用一元理论的方法所设计的螺旋离心式血泵和离心式血泵两种离心式心脏泵进行数值模拟,对比和分析两种离心式血泵内部流动特性,研究血液流经叶轮的速度、压力、切应力等参数的分布,得到相应的云图,分析两种血泵模型对血液的影响.研究结果显示:螺旋离心式血泵可以有效地避免血液在流动过程中产生的涡流、湍流和较高的剪切力.血液在螺旋离心式血泵内部的速度场、压力场及切应力分布都比离心式血泵均匀、合理.     

基于CFD的轴流血泵内部流场的数值分析

运用计算流体动力学（CFD）对轴流血泵的流体动力学特性进行分析,研究血液流经叶轮的速度、压力、剪切变形率等参数的分布以及螺旋叶片对血液的破坏作用。结果表明：血液在叶轮内的流动是一种非常复杂的三维流动,而基于流线型的叶轮设计可以避免血液在流动过程中产生湍流、涡流以及较高的剪切力。血液流经血泵的速度场、压力场及剪切变形率的分布都比较均匀,变化梯度小,从而有效的减少血液破坏。     

一种双吸式血液泵水力设计

为了更好地满足体外循环装置和人工心脏的运行要求,该文采用RANS方法和SSTk-ω湍流模型对一种双吸式血液泵进行了三维定常湍流计算;在详细分析血液泵内部流动特征的基础上,对泵的水力部件如叶轮及压水室进行了设计优化,并探讨了各种设计对血液泵主要运行参数的影响。结果表明:压水室隔舌附近的流道容易出现较大的局部壁面剪切应力,是泵内血细胞容易受到损伤的危险区域;适当增大压水室断面面积有利于提高泵的水力效率;选择较大的叶片出口安放角时血液泵可获得较高的扬程,但采用径向叶片叶轮(出口叶片安放角为90°)时须设法控制流动扩散及其对泵性能的影响;所设计叶轮的平均壁面剪切应力为20～26 Pa,小于损伤血细胞的临界值。     

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。     

迷宫螺旋泵内部流动的CFD模拟

利用CFD分析软件Fluent及其前处理软件Gambit对迷宫螺旋泵的内部流场进行数值模拟,通过对泵内流场流动特点的分析,讨论了速度和压力分布,结果表明螺旋转子区域的流场内流体速度高,压力相对较低,螺旋转子对泵的增压效果比螺旋定子贡献更大,对该泵的设计和进一步研究提供了一定的依据。     

泥石流流变特性分析

采用当前国际最先进的流变测试系统——安东帕第三代Physica MCR301模块化智能型高速流变仪,采用三阶段加载方式,对某泥石流沟原样进行了测试。得到泥石流原样剪切速率同剪切应力之间的关系。提出剪切应力随剪切速率变化的拟合公式。分析了剪切应力随泥石流容重的变化规律。对比分析了不同加载方式下的剪切应力同剪切速度变化规律。实验结果对泥石流流变特性的认识,泥石流动力学参数计算及泥石流工程防治具有重要意义。     

狭窄血管内流场的PIV实验研究

为了对狭窄血管内的剪切应力等流动力学参数及流场形态进行可视化测量,利用三维粒子速度场仪在不同雷诺数下对50%狭窄的颈动脉血管内的流场及剪切应力等流动参数进行了测量.实验结果表明,血管狭窄下游出现了较大范围低剪切应力区域,该区域内剪切应力值低于多数研究认为的能够避免血管内皮细胞损伤的最低值0.4 Pa(4 dyn/cm2).此结果支持了低剪切应力在血栓形成中起着重要作用的观点,同时血管狭窄处出现了较小范围的高剪切应力梯度区域,狭窄下游的涡流则会不断卷吸部分血液反复通过此区域造成血液成分受损,加速斑块的形成.     

聚丙烯熔体的“三角”触变性研究

本文对高聚物触变概念进行了理论分析,认为触变是一个松驰过程。据此概念推导了剪切应力作为剪切速率和剪切时间的二元函数关联式。本文用Weissenberg流变仪RPX—705对国产聚丙烯PP2401熔体在“三角”剪切场中的剪切应力行为进行了考察,发现上述关联式能很好地吻合实验结果。     

梯形迷宫螺旋泵内部流动数值计算及性能预测

在梯形迷宫螺旋泵理论分析基础上,运用流场计算商用软件FLUENT,首次模拟了清水状态下梯形迷宫螺旋泵内部的三维湍流场,对给定基本参数的梯形迷宫螺旋泵内部流动进行数值计算和分析,从而得到了其内部流动的主要特征和外特性变化,结合数值计算与试验结果,提出了采用计算流体力学(computational fluid dynam ics,CFD)计算方法对泵的性能进行预测,为梯形迷宫螺旋泵的设计、改进和优化提供有益的参考.     

轴流式血泵内部流场和生物相容性的数值分析

设计了一种新型磁悬浮轴流血泵，使用圆锥型磁轴承以避免由动静部件接触摩擦引起的血栓问题，其结构小巧紧凑并利于磁悬浮的实现．利用数值方法对血泵内的流场进行了模拟，加装出口导叶以改善血泵内部流场，得到了血泵的水力性能曲线及泵内压强、壁面切应力的分布．验证了转子和泵壳间的狭缝中存在与主流方向相反的逆向稳定冲刷流动，避免了狭缝内流动停滞，减少了血栓形成几率．给出了一种利用数值方法计算溶血指标的方法，并通过溶血指标的计算评价了血泵内的溶血程度，发现雷诺切应力是导致溶血的主要原因．     

微型轴流式血泵的应力场仿真分析

通过CFD仿真软件fluent,对一款微型轴流式血泵的流场进行了数值模拟,并针对模拟的结果,结合人体生理要求,对该血泵进行了优化探讨,重点分析了影响血泵性能的应力场,获得了优化前后的一些相关参数,为今后进一步的血泵实验研究提供了一定的参考依据。     

复杂血管内两相流数值模拟

为了更全面的了解复杂血管内部流动状况,采用液固两相流模型和脉动速度入口条件,对分叉弯曲复杂血管内部两相流动进行模拟分析。通过对其压力、速度、流线、壁面剪切应力、红细胞体积浓度分布等流动参数分析,发现在血管弯曲和分叉区域,血液流动复杂,容易产生低速回流区或二次回流,而且剪切应力较低,红细胞体积浓度较高。     

基于数值模拟的混流式血泵结构改进

轴流式血泵转速过高、离心式血泵易产生流动死区是造成血液损伤的重要原因,而混流式血泵能有效缓解转速过高及流动死区问题。基于此,采用计算流体力学方法对闭式叶轮混流式血泵进行了三维流场仿真,分别探究了不同叶片数和叶片厚度的混流式血泵的性能,分析了血泵流场特性及压力分布情况;基于溶血幂函数模型,通过拉格朗日粒子追踪法进行血泵的溶血性能预测,得到水力性能与溶血性能良好的血泵结构参数。结果表明,当叶片数为5、叶片厚度为0.8 mm时,扬程更接近预期设计目标,能够满足血泵供压需求;溶血指数比原模型降低14.65%,有效降低溶血程度;内部流场均匀稳定,未出现回流、流动死区问题,有效防止血栓产生;叶片进口处低压区域减少,有效缓解空化现象产生。研究结果可为闭式叶轮混流式血泵的结构改进及性能改善提供依据。     

Computational fluid dynamics modeling and hemolysis analysis of axial blood pumps with various impeller structures

The flow fields in the blood pump were analyzed three-dimensionally using computational fluid dynamics (CFD). Hemolysis of the pump was calculated based on the changes in shear stress and related exposure times along the particle trace lines using a forward Euler approach. In this way, how different impeller structures and rotational speeds affect the hemolysis was particularly acquired. As a result, impeller with long-short alternant vanes behaved best in hemolysis property and can be utilized to axial blood pumps’ development and design.     

锥形血管中非定常流动的管壁切应力分布

对锥形血管中的非定常血流流动进行了讨论,导出了管壁切应力分布的公式,在相应的数值算例中,着重讨论了锥度角及轴向距离对管壁切应力的影响。     

基于CFD的血管病变部位血流流变特性分析

为探究血管病变对血流流动特性的影响，研究了血管结构改变前后血流流动特性的改变.提出了一种对血管病变前后的血流流场进行对比研究分析的方法，利用断层扫描数据建立几何模型，用Geomagic Studio将病变血管复原成为发生病变前的形状，并基于弹性血管中血流脉动的力学特性，使用ANSYS软件对采用牛顿流体力学模型的分叉部位血流流场进行数值模拟.模拟结果显示病变组织部位受到更大的切应力影响，而在病变组织远心端产生了明显的流速低和切应力低的二次流动和更大的血压压差，这些流体特性会对血管进一步病变产生重要影响.     

离心泵吸水室内气液两相流动试验及数值模拟

为了研究离心泵输送气液两相介质时吸水室内的流动规律,对透明模型离心泵进行了试验研究;同时基于Eulerian Eulerian非均相流模型,对离心泵内气液两相流动进行了数值模拟,采用试验验证过的数值计算模型分析了吸水室内的两相流动,揭示了吸水室内流型的变化规律,建立了流型与泵外特性之间的关系。研究结果表明：吸水室内最多可能出现8种流型,但在某一转速下,最多只会出现6种流型;气体螺旋长度随液体流量的增大而减短,随转速的增大而增长;螺旋流的出现极大地增大了吸水室内的湍流强度,降低了泵的稳定性;吸水室内流型为稳态螺旋泡状流时,泵的扬程较大,离心泵效率最高时,吸水室内流型为稳态非螺旋泡状流或脉动非螺旋泡状流。