發(fā)布時間：2020-10-14 23:08

　　 心血管疾病是主要的致死原因,其發(fā)病率也在逐年上升,嚴重威脅著人類的健康。心血管人工器官已經成為治療患者的重要手段。在心血管人工器官如心室輔助裝置(Ventricular Assist Devices,VADs)中,流場會產生很高的非生理性剪切應力,由此導致的溶血問題一直是業(yè)內人員的研究熱點。作為心血管人工器官的一個典型,美國食品藥監(jiān)局(U.S.Food and Drug Administration,FDA)給出了噴管和血泵兩個標準模型。本課題是對心血管人工器官中血液流動和溶血模擬策略的研究。使用計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法,研究不同尺寸的噴管流場形態(tài)和標準血泵的流場、溶血問題,并結合實驗數據驗證仿真結果。不同于傳統的溶血預測模型——使用有效剪切應力、暴露時間對于溶血的影響,本課題使用基于能量耗散方法的溶血預測模型預測溶血量。工作包括以下幾個部分:(1)湍流模型與溶血預測理論,包括傳統的溶血預測模型和基于能量耗散方法的溶血預測模型的理論理解。(2)FDA噴管模型的數值計算。使用大渦模擬(Large Eddy Simulation,LES)的方法,采用WALE模型進行兩種工況下的流場計算。(3)FDA噴管模型的實驗。設計并制作了噴管的實驗模型,搭建了實驗平臺,進行水力學外特性實驗。(4)FDA標準血泵模型的數值計算。使用雷諾時均N-S方程(Reynolds Averaged Navier-Stokes,RANS)方法,采用RNG k-?模型分別討論在三種工況下,葉片倒角(有倒角和無倒角)和葉輪不同網格劃分方法(結構化網格和非結構化網格)對血泵內流場和溶血預測的影響。(5)分別使用傳統溶血預測模型和基于能量耗散方法的溶血預測模型進行FDA標準血泵模型的數值計算,并對比了不同溶血模型的計算結果差異。研究結果顯示,噴管的流場速度和壓力在管道直徑突然變化時變化較大,此現象與已發(fā)表的結論一致。與實驗對比,數值計算的數據是可靠的。葉輪有無倒角和網格劃分方法不同對血泵壓頭、流場均有影響,從而影響溶血值的計算。同時,基于能量耗散方法的溶血預測模型的計算結果更接近FDA發(fā)表的實驗值。研究結果還表明,流場內部細節(jié)特征與壓頭的計算存在一定的關聯性但壓頭對內部細節(jié)流場特性不是很敏感。本課題對更好的使用CFD輔助血液相容性設計具有重要的意義。
【學位單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：R318.1
【部分圖文】：

圖 1.1 心室輔助裝置示意圖植入方式可分為植入式 VAD 和非植入式 VAD：（1）管道較短，因此耗能較少，耐久性也好所以抗血栓性能較好；（3）結構的設計相對比較很大的使用價值；（4）術后感染問題能得到較好 經歷了三代：第一代是搏動式血泵 VAD，第二血泵 VAD，第三代是懸浮式血泵 VAD[11]。第有驅動、檢測和控制系統。但是由于其產生的流耐久性差，易感染等缺點，慢慢地被第二代 VA在殼體中轉動，增加了血液的動能和壓強，達到血泵從流體機械學的角度可分為軸流泵、離心組成，葉輪在血液內高速旋轉。軸流泵自身有很

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【參考文獻】

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本文編號：2841324