论文摘要
心血管疾病是导致人类死亡的主要原因之一,全球人口的心脏病发病率高达1%,晚期心脏病导致的心力衰竭5年内死亡率高达75%,心脏移植是唯一的救治手段,然而供体的严重缺乏使得很多需要心脏移植的患者在等待供体中死去。所以,暂时性或永久性代替自然心脏功能的血泵就应运而生。人工心脏从最开始的搏动式血泵发展到最近的悬浮式旋转血泵,不断的解决心脏疾病中遇到的问题,更好的帮助患者脱离疾病。而且溶血和血栓一直以来是人工心脏临床应用中的重大难题。研究表明血泵内流动中的涡流区和滞止区对血泵溶血和血栓形成有很大的影响,并有学者给出了溶血估算的经验公式,该公式表明溶血的大小与红细胞在流动过程中所受的剪切应力和接触时间成幂函数关系。基于该溶血估算公式,本文针对血泵的溶血特性对离心式旋转血泵进行设计与优化,并进行了水力实验和溶血试验,主要开展以下三个方面的研究：1)利用血泵设计的一元设计理论及速度系数法,并对血泵进行水力设计,同时本文提出一个平均剪应力模型,假定红细胞流经叶轮所受的平均切应力近似等效为红细胞流动过程中在单位体积单位路程下的动能增量。为了提高血泵溶血性能,本文通过减少红细胞流经叶轮的时间和降低它在此过程中所受平均应力的方法,基于平均剪应力模型对离心血泵进行参数化设计,进而改善溶血性能。2)对模型血泵进行数值模拟及溶血估算分析,研究了叶轮和蜗壳在不同间隙下的水力特性及溶血性能,同时分析了叶片数对血泵的水力特性及溶血性能的影响,比较得到溶血性能较好的间隙大小和叶片数。3)搭建水力实验平台和溶血试验台,对实体泵进行水力实验及溶血实验,进一步分析了血泵的水力特性及溶血特性。