轴流式血泵水动力特性和生物相容性的数值模拟

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两级轴流血泵结构设计与性能仿真的开题报告

两级轴流血泵结构设计与性能仿真的开题报告
1.选题背景和意义：
随着科学技术的不断进步，心脏和血管疾病等疾病已经成为世界范围内的一个重要的健康问题。

为了有效地治疗这类疾病，需要采取适当的手段来帮助患者。

其中之一就是采用机械辅助循环系统。

机械辅助循环系统是一种将药物辅助治疗与机器辅助治疗相结合的手段。

机械辅助循环系统可以以替代心脏或心肌助力器的形式来保持身体的氧气供应。

针对这类系统，液压技术和空气动力技术已经成为关键技术。

目前，血泵的设计和研究已经成为了机械辅助循环系统研究的核心之一。

在这方面，轴流血泵成为了一种非常有前途的血泵类型。

轴流血泵具有结构简单、转速高、产生的气体少、能够产生高水平的血流等优点。

在适当的设计和优化下，轴流血泵的性能将会更好。

2.研究内容和方法：
本文将研究两级轴流血泵的结构设计和性能仿真。

该血泵将采用轴对称结构。

在设计过程中，需要考虑不同的参数，包括叶片数、叶片倾角和外部轮廓等。

在设计完成之后，将采用计算流体力学（CFD）来模拟血泵的性能。

通过计算流体力学的仿真，可以预测血泵的性能和流量特性。

3.预期结果和意义：
预计通过本研究，可以设计出性能更好的两级轴流血泵。

该血泵将具有更高的效率和更好的流量特性。

通过血泵的设计和仿真，可以为机械辅助循环系统的研究提供一种新的技术手段。

这项研究将为机械辅助循环系统的实现和发展提供更好的技术支持。

轴流式血泵系统的设计研究的开题报告

轴流式血泵系统的设计研究的开题报告一、研究背景目前，全球范围内心衰、心肌梗死、心脏瓣膜疾病等心血管疾病患者人数不断增加，需要进行心脏手术治疗。

而心脏手术所使用的血泵则是必不可少的器械之一。

传统的血泵系统存在着多种问题，如机械故障率高、体积庞大、运转噪音大、使用寿命不够长等问题。

因此，研究一种稳定性好、体积小、使用寿命长的血泵系统显得格外重要。

二、研究内容和目标本研究旨在设计一种轴流式血泵系统，并对其性能和可靠性进行验证。

具体研究内容如下：1. 轴流式血泵的设计方案：包括血泵的结构设计、流道设计、转子设计等。

2. 轴流式血泵的制造和装配：根据设计方案，选择合适的材料和制造工艺，将血泵制造并进行装配。

3. 血泵系统性能测试：对血泵系统实施动态试验，测量血流量、压力、温度等性能指标，并对测试结果进行分析和评估。

4. 血泵系统可靠性评估：运用可靠性工程方法，评估血泵系统的可靠性和寿命，并提出改进措施。

三、研究方法和技术路线1. 研究方法：本研究采用实验研究和理论计算相结合的方法，先设计轴流式血泵的结构和流道，进行数值仿真分析，然后制造血泵并进行性能测试。

最后，使用可靠性工程方法，对血泵系统进行可靠性评估。

2. 技术路线：本研究的技术路线为：轴流式血泵设计方案确定→数值仿真分析→制造和装配→性能测试→可靠性评估。

四、研究创新点和意义1. 创新点：轴流式血泵具有体积小、运转噪音低、使用寿命长、稳定性好等优点，本研究在其设计和制造方面将引入更先进、更具创新性的技术，如CFD计算、精密加工等，提高轴流式血泵系统的性能和可靠性。

2. 意义：研究一种性能更加优越、寿命更长的血泵系统，有助于提高心脏手术的安全性和成功率，能够减轻患者的痛苦，促进医疗事业的发展。

五、预期成果和进度安排本研究预期取得以下成果：1. 设计一种稳定性好的轴流式血泵系统。

2. 制造和装配成功一台轴流式血泵。

3. 对血泵系统进行性能测试，并对测试结果进行分析和评估。

生物医学工程中心血液流动力学仿真研究

生物医学工程中心血液流动力学仿真研究近年来，生物医学工程领域中的血液流动力学仿真研究已经取得了显著的进展。

利用计算仿真的方法，科研人员可以深入研究血液在人体内的流动特性，探索疾病的发生机制，并为治疗方案的优化提供指导。

本文将介绍生物医学工程中心血液流动力学仿真研究的相关内容。

血液流动力学仿真研究是通过建立生物流体动力学模型，对血液的流动状态进行模拟和分析的科学研究领域。

模型的建立需要考虑多种因素，如血液的黏性、流速、压力梯度、管道的形状、管壁的材质等。

通过改变不同因素的数值，可以模拟不同病理条件下的血流情况，进而预测病变的发生、发展以及针对性的治疗措施。

生物医学工程中心的研究团队将血液流动力学仿真应用于多个领域，包括心脑血管疾病、肿瘤血管学、器官移植、生物材料等。

其中最具影响力的研究之一是心脑血管疾病领域的仿真研究。

通过建立心血管系统的模型，可以对动脉硬化、动脉瘤、心脏瓣膜疾病等疾病进行仿真分析，为临床医生提供判断和治疗的依据。

研究人员还可以通过模拟手术操作，评估不同手术方案的可行性和效果。

除了心脑血管疾病，生物医学工程中心血液流动力学仿真研究还在肿瘤血管学领域有着广泛的应用。

现如今，抗血管生成药物已成为癌症治疗的重要手段之一。

研究人员通过建立肿瘤血管的仿真模型，可以评估不同药物对肿瘤血管的作用效果，指导临床医生制定个体化的治疗方案。

此外，仿真模型还可以模拟药物在肿瘤组织内的输送情况，评估治疗方案对肿瘤灶的覆盖程度，为临床提供更准确的治疗指导。

器官移植也是生物医学工程中心血液流动力学仿真研究的重要领域之一。

器官损伤和功能障碍是许多疾病的主要原因，而器官移植是目前唯一的治疗手段之一。

通过建立器官的仿真模型，可以模拟移植手术中器官与血液的相互作用，评估移植后器官的功能恢复情况，优化手术方案，提高移植成功率。

另外，在生物医学工程中的材料研究中，血液流动力学仿真也扮演着重要的角色。

生物材料的选择和设计对于器械和植入物的耐久性和安全性有着直接的影响。

大间隙磁力驱动血泵动力学特性研究(小论文)

２００６ＡＡ０２Ｚ４Ｅ８）；国家自然科学基金资助项目（５０７７５２２３，５０８７５２６６）；教育部基金项目：国家８６３高技术研究发展计划专项经费资助项目（２００７０５３３１２５）；湖南省教育厅资助项目（０８Ｃ１３８）博士学科点专项基金资助项目（１９８５ —），男，湖南郴州人，硕士研究生，研究方向：机械设计及理论。作者简介：刘志坚（
（４）
∫ ∫
－ｌ２
ｌ２
ｄｘ
ｒｃｏｓ θ １ｒｃｏｓ θ ２
（ｙＭＢｙ＋ｙＭＢｚｔａｎ θ）ｄｙ
（１）
ｒ１ — — — 永磁体外径；式中：ｒ２ — — — 永磁体内径；ｌ— — — 永磁体轴向长度； — — 永磁体的转角； θ— Ｍ— — — 永磁体磁化强度；Ｂｙ，Ｂｚ — — — 主磁体产生的空间磁场位于（ｘ，ｙ，ｚ）处ｙ方向和ｚ方向的分量。
（２）
２）求解对应转速下的血泵负载，由式（再通过数值拟合得到Ｔ０和Ｃ，即可得到血泵负载力矩模型。２］，又根据文献［匀速运转情况下，血泵转子的负载力矩等于驱动力矩，忽略泵的功率损失，则血泵的输入功率等于输出功率，即：
ＴＬ · ｎ＝Ｑ ·ρｇ（ｈ＋ｈｆ＋ｈｍ＋ｈｖ）６０
２．２．２摇负载力矩估算实验
３），ｈｍ及ｈｖ，利用公式（结合实验数据计算ｈｆ，即可得到对应ｎ下的ＴＬ。
主要实验仪器及实验条件：主磁体，直流稳压电源，单片机控制系统及功率放大电路，实验台。实验装置布局图如图４所示。
在主磁体和永磁体参数确定后，系统驱动力矩只Ｉｘ，ｙ，ｚ（３与驱动电流和永磁体空间位置即耦合距离）ｘ＝ｙ＝０ｍｍ。个方向的偏移量有关，调节Ｉ＝１６Ａ，１）计算驱动力矩，根据式（可得到驱动力矩随血泵转子转角的变化规律。为便于研究，取驱动力矩在血泵，转子转动每圈内的平均值（平均驱动力矩）求解得到耦４０，５０，６０ｍｍ时的平均驱动力矩分别为合距离在３０，０．６７３，０．４６６，０．３２０，０．２０１Ｎ·ｍｍ。２．２摇负载力矩估算２．２．１摇负载力矩估算原理

一种轴流式血泵的水力性能研究及溶血预测

一种轴流式血泵的水力性能研究及溶血预测龙浩;云忠【摘要】血泵运转时其内部不规则流动会对血液造成不同程度的机械损伤,从而导致溶血和血栓,严重时可能危及患者生命.流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)分析方法能够对血泵的水力性能以及溶血程度有一个较好的评估.采用流体动力学软件fluent,对设计的一种轴流式血泵进行分析,采用模型、用户自定义函数技术,在轴流式血泵内部三维流场数值模拟的基础上,探索流量与叶轮转速的关系,CFD分析结果表明,泵能够在稳定流动情况下在6400 r/min转速下能够产生5 L/min的流量以及100 mmHg的扬程;分析轴流式血泵内流场以及叶轮和导叶表面的剪应力分布,并利用粒子追踪法获取细胞的流动轨迹,并根据建立一种轴流式血泵的溶血数学模型阐述轴流式血泵溶血性能,研究结果可作为轴流式血泵的结构设计和降低溶血的重要依据.制作了泵的实体,导叶与叶轮采用航空铝合金制作,外壳采用透明的有机玻璃.采用不同的工况对泵的水力性能进行了测试,流体介质采用甘油与水按一定比例混合的溶液,使之黏度与人体的血液接近,结果表明CFD分析和实验结果能较好地吻合.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】6页(P10-15)【关键词】人工心脏;轴流式血泵;溶血;CFD【作者】龙浩;云忠【作者单位】中南大学机电工程学院,长沙410083;中南大学机电工程学院,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TH778冠状动脉疾病、高血压及心肌病常常会导致心脏功能下降和充血性心力衰竭（Congestive Heart failure，CHF）。

晚期CHF的治疗是个非常棘手的问题，被认为是不可逆转的，因此也悲观地称之为终末期心衰。

心室辅助装置又称人工心脏，是一种治疗这种终末期心衰的有效手段。

但这种装置在植入人体之前，有许多问题需要解决，包括在特定的扬程下，能够产生特定的扬程、制作材料的相容性以及泵运转过程中对溶血影响的程度等等。

心衰脉动过程两级轴流血泵溶血数值模拟

研究．
第１期
周冰晶，等心衰脉动过程两级轴流血泵溶血数值模拟
２９
ｃｙｃｌｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｕｍｐｔｒａｎｓｉｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｆｌｏｗｒａｔｅｃｕｒｖｅｉｓａｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｉｎｏｎｅｃａｒｄｉａｃｃｙｃｌｅｄｕｅｔｏｔｈｅｉｎｅｒｔｉａｏｆｔｈｅｂｌｏｏｄｐｕｍｐ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｈｅｍｏｌｙｓｉｓａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｅｘｈｉｂｉｔａｓｉｍｉｌａｒｖａｒｉａｔｉｏｎｔｒｅｎｄｉｎｏｎｅｃａｒｄｉａｃｃｙｃｌｅ，ｔｈｅｆｌｏｗｒａｔｅｉｓｉｎａｎｏｐｐｏｓｉｔｅｖａｒｉａｔｉｏｎｔｒｅｎｄ．Ｉｎｓｕｍｍａｒｙ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍｕｌｔｉｓｃａｌｅｍｏｄｅｌｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｈｅｍｏｌｙｓｉｓｏｆａｂｌｏｏｄｐｕｍｐｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｔｉｅｎｔｗｉｔｈｈｅａｒｔｆａｉｌｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｗｏｓｔａｇｅａｘｉａｌｆｌｏｗｂｌｏｏｄｐｕｍｐ；ｈｅｍｏｌｙｓｉｓ；ｃａｒｄｉａｃｃｙｃｌｅ；ｈｅａｒｔｆａｉｌｕｒｅ；ｍｕｌｔｉｓｃａｌｅｍｏｄｅｌ
ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｈｅｍｏｌｙｓｉｓｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｗｏｓｔａｇｅａｘｉａｌｆｌｏｗｂｌｏｏｄｐｕｍｐｄｕｒｉｎｇｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｒＡＮＧＧｕｉｊｉｅ１，ＪＩＮＧＴｅｎｇ１，ＷＡＮＧＨａｏ１，ＨＥＺｈａｏｍｉｎｇ１，２
（１．ＮａｔｉｏｎａｌＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＰｕｍｐｓ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｅｘａｓＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｕｂｂｏｃｋ，Ｔｅｘａｓ７９４０９，ＵＳＡ）

微型轴流式血泵的应力场仿真分析

Ｏｙ
因为实体模型比较复杂，同时为了避免在网格划分时产生网格尺度的大差异，以建模的时候对实体结构进行了相应的所
砌：）
）一誓
（４）
；，一般
等效简化处理。略去了血泵叶片中的一些过渡圆角、倒角等次要的结构。采用三维ＣＤ软件ＵＡＧ建立出血泵的几何模型，如图２
科技情报开发与经济
文章编号：０ — ０３２１）４０７— ４１５６３（０１３－１８００－
ＳＩＴＣＦＲＡＩＮＤＶＬＰＮＣ－ＥＨＩＯＭＴＯＥＥＯＭＥＴ＆ＥＯＯＹＮＣＮＭ
２１年０１
第２卷１
第３期４
被激活后聚集沉淀在血泵与血液的接触表面，影响血液流通；溶
血现象是指血红细胞受到破坏，破裂后的血红蛋白游离于血浆
中，从而降低血液的质量，响人体供血。这两种现象都会导致影生理紊乱，严重时危及生命，因此解决这两个问题一直是人工血
泵研究者努力的方向。经过研究发现，这两种现象都是由流场切应力引起，而流体切变流动中主要分为牛顿切应力和雷诺切应力，即是我们常说的层流和湍流切应力。并且，也研究者们进一步证实了湍流切应力才是血溶和血栓产生的主要原因，因此在流场中避免产生不规则的二次流动成为提高血泵性能的关键所在。本文侧重研究了此轴流式血泵的切应力场，通过对切应力场图３轴流式血泵网格模型图
收稿日期：０１１－５２１－０２
微型轴流式血泵的应力场仿真分析
焦南鸿，贾月梅，张露

运用三维数值模拟对人工心脏轴流血泵的设计和改进

ＤｉｉｌＳｍｕａｉｎｏｔｖｌｐｅｔｏｉｌＢｌｏｍｐｏｒｉｄａｅｒｇｔｉｌｔｏｔｈｅＤｅｅｏｍｎｆＡｘａｏｄＰｕａｆｒＡｔｉｆｌＨａｔ
ＺＨＡＮＧｎ＇Ｙａ
（ｍａｏｉｄ＆Ｃｒｉａｃｌｒｍｔｕ，ｅｉｎｎＭｄｃｌｏｅｅｈｎｓＡａｅｙｏｄａｃｎｅ，Ｂ／ｇ１０３）ＦｖｉｓｕＨｐａｄｏｓａｉｅＰｋｎＵｉｅｉｌｇ，ＣｉｅｃｄｍｖｕｌｔｔｇｏａＣｌｅｆＭｅｉｌｉｃｃＳｅｓｄｉＯＯ＂ｎ７
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ＳｎＳｎ２ＺＵＮＨａ．ｏｇＨＵａ．ｎ２ＸｉｏＤｏｇ
（ｅａｃｅｔｆｒＣｒｏａｃｌｅｅｅａｖｄｉ，ｅ＇ｇ１０３）ＲｓｒＣｎｒｏａｄｖｓｕｒＲｇｎｒｔｅｅｈｅｉａｉＭｅｉｎＢＯ００７ｃｅｉｎ
Ａｓａｔｂｔｃ：ＯｂｅｔｅＴｅｉｎｅｅｏｌｄｐｍｐｏｆｖｎｒｕａｓｉｔｅｉｅ．ＭｅｈｄＴｒｕｈｒｊｃｉｏｄｓｎａｄｄｖｌｐｂｏｕｓｆｒｌｔｅｔｃｌｒａｓｖｃｓｖｇｏｅｉｓｄｔｏｓｈｏｇａｔ￣ｓｌｔｎｏｏｎａｙｓｐｒｔｎｌｗｒｖｒａｉｅｆｗｐｔｙｔｅＮｍｃｏｗｒ，ｗｄｓｎｄｔｅｉ￣ｉａｉｆｂｕｄｒｅａａｏ，ｆｅｅｓｌｎｔｏａｈｂｈｕｅａｓｆａｅｅｒｅｉｅｍｕｏｉｏｈｌｔｅｇｈ

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ＨＵｈｉＨＡＮＧｉｇｕｎＱｉｕ，ＺＭｎｙａ，ＬＩＪｎｙｎ，ＹＡＮＧａｙｎｉｇｉＷｎｉｇ
（ｈｏｆＥｎｅｇｎｗｅｇｎｅｉｇ，ＸｉｎＪａｔｎｉｅｓｔＳｃｏｌｒｙａｄＰｏｒＥｎｉｅｒｎｏｉｏｏｇＵｎｖｒｉａｙ，Ｘｉａ１０９ｎ７０４，Ｃｈｎ）ｉａ
ｆｗｈｒｃｅｉｔｃｎｔｅｐｍｐＴｈｉｔｉｕｉｎｆｓａｉｒｓｕｅａｄｗａｌｓｅｒｓｒｓｎｔｅｌｃａａｔｒｓｉｓｉｈｕ．ｏｅｄｓｒｂｔｓｏｔｔｐｅｓｒｎｌｈａｔｅｓｉｈｏｃ
ＡｂｔａｔＴｏａｃｒｔｌｖｌａｅｔｅｈｄａｌｅｆｒａｃｎｉｅｍｐｔｉｔｆａｘａｌｏｓｒｃ：ｃｕａｅｙｅａｕｔｈｙｒｕｉｐｒｏｍｎｅａｄｂｏｏａｉｌｙｏｎａｉｌｏｄｃｂｉｂｐｍｐｄｓｇｅｎｅｔｄ，ａ肛￡ｍｏｅｏｉｃｅａｔｌｉｓｉｅｐｏｅｏｐｅｉｔｔｅｔｒｕｅｔｕｅｉｎｄａｄｔｓｅｄｌｒｖｓｏｌｓｉｆｕｄｍｌｙｄｔｒｄｃｈｕｂｌｎｆｃｓ
内的静压和切应力的分布规律，并将溶血指标计算方法与此黏弹性紊流模型结合，计算了黏弹性流
体为工质时血泵的溶血指标，并与水为工质时的计算结果进行了对比．结果表明：相同转速和流在
量条件下，量分数为００的黄原胶溶液为工质时的静压压升高于以水为工质时的相应值，质．６质量分数为３的甘油溶液为工质时静压压升最不明显；油溶液的雷诺应力和黏性切应力均高于９甘水和黄原胶溶液的相应值；弹性流体为工质时泵的溶血指标比水和甘油溶液的低，数值处于同黏且
胡其会，张鸣远，李景银，杨万英
（西安交通大学能源与动力工程学院，７０４，安）１０９西
摘要：为了准确评价自行设计的轴流式血泵的水力性能和生物相容性，一种黏弹性流体将
模
型应用于该血泵内紊流流动特性的数值模拟，分析了轴流泵的泵壳与转子间狭缝中以及叶轮流道
第４５卷
第８期
西
安交
通
大学学
报
Ｖｏ．５Ｎｏ８１４．
Ａｕｇ２１．０１
２１年８月０１
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩＡＮＩＪＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＴＹＩ
轴流式血泵水动力特性和生物相容性的数值模拟
ｃｅｒｎｅｇｐｂｔｅｈｏｏｎｈｕｈｌａｄｉｈｉｌｗａｓｇｒｎｌｚｄｌａａｃａｅｗｅｎｔｅｒｔｒａｄｔｅｐｍｐｓｅｌｎｔｅｍａｎｆｏｐｓａｅａｅａａｙｅ．Ａｎ
ｎｍｅｉａｔｏｏｓｉａｉｇｈｍｏｙｉｅｅｎｂｏｄｐｍｐｉｓｄｔａｃｌｔｈｅｌｓｓｕｒｃｌｍｅｈｄｆｒｅｔｔｎｅｌｓｓｌｖｌｌｏｕｓｕｅｏｃｌｕａｅｔｅｈｍｏｙｉｍｉｉｄｘｓｏｉｃｅａｔｃｆｉｓａｄｗａｅ．Ｔｈｉｌｔｎｓｏｈｔｔｅｓａｉｒｓｕｅｆｒ００ｎｅｅｆｖｓｏｌｓｉｌｄｎｔｒｕｅｓｍｕａｉｈｗｓｔａｈｔｔｃｐｅｓｒｏ．６ｏ
（ｓｒｃｉｎａｔａｕｓｌｔｎｉｈｇｅｈｎｔａｏｔｒａａｌｗａｅａｄｓｍｅｒ — ｍａｓｆａｔ）ｘｎｈｎｇｍｏｕｉｉｈｒｔａｈｔｆｒｗａｅｔｍｅｆｏｏｓｓｏｒｔｎａｏｔｔｇｓｅｄ，ｎｈｔｔｃｐｅｓｒｆａｉｐｅａｄｔｅｓａｉｒｓｕｅｏ９（ｓｒｃｉｎｌｃｒｎｓｌｔｎｉｈｏｓｍｏｇｎ３ｍａｓｆａｔ）ｇｙｅｉｏｕｉｔｅｌｗｅｔａｎｏｏｓｔｅａ１Ｔｈｙｏｄｈａｔｅｓａｄｔｅｖｓｏｓｓｅｒｓｒｓｏｌｃｒｎｓｌｔｎａｅｈｇｅｈｍｌ．ｅＲｅｎｌｓｓｅｒｓｒｓｎｈｉｃｕｈａｔｅｓｆｒｇｙｅｉｏｕｉｒｉｈｒｏ
一

数量级上．该模型能较为准确地预测血泵内黏弹性流体的紊流流动特性，血泵的结构需进一步但
优化和改善．关键词：黏弹性流体ｈ模型；流式血泵；值模拟；轴数溶血指标
中图分类号：ＴＨ３２文献标志码：Ａ文章编号：２３９７２１）８０１ —５１０５ —８Ｘ（０１０ —１８０ＮｕｅｉａｉｕａｉｎｆｒＨｙｒｄｎｍｉｓａｏｏｐａｉｉｉｙｍｒｃｌＳｍｌｔｏｏｄｏｙａｃｎｄＢｉｃｍｔｂｌｔ