微型左心室辅助装置的叶轮设计

论文摘要

背景:心脏衰竭因其高发病率和高死亡率已成为当今世界威胁人类生命的主要疾病之一。心脏辅助装置作为一种过渡性装置,可以起到替代治疗的作用并维持患者的生命,直至患者可接受心脏移植。本文提出一款新型微型左心室辅助装置泵体叶轮结构,并初步完成计算流体力学模拟及流体性能的描述和分析。方法:微型左心室辅助装置采用轴流式血泵,其设计需综合考虑其流体动力学特性以及人体对其生理学特性的要求。叶片表面选用正切旋转曲面,由Pro/Engineer操作软件完成轴流泵叶轮的初级设计。利用Fluent软件对初级叶轮模型进行计算流体力学模拟试验,根据模拟结果(如流体流线,叶轮表面压力及切应力分布和效率),优化叶轮设计,完成最终模型。结果:设计完成的叶轮由三部分组成:入口圆锥、中轴部分和出口圆锥。出入口圆锥的主要功能是保护出入叶轮的旋转流体。中轴部分的三片叶片延伸至出入口圆锥上以确保流体的稳定流动。最终叶轮设计尺寸如下:叶轮长23mm,直径11.7mm,构建三片叶片表面的正切曲线角度为60°。计算流体力学仿真结果表明,在转速为20000rpm,后负荷为100mmHg时,血泵的流量达到10L/min,叶轮内流体流动稳定,叶轮表面的压力分布合理。结论:本文设计了一款新型微型左心室辅助装置的叶轮结构。该叶轮的计算流体力学模拟结果已满足了设计要求。未来的工作将是对该叶轮做进一步的体外和体内试验,验证其临床可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究背景、目的、意义
• 1.3 心室辅助装置研究简介
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 微型轴流血泵的基本理论
• 2.1 轴流泵的工作原理
• 2.2 微型轴流泵的设计要求
• 3 mini LVAD 的叶轮结构设计
• 3.1 Pro/Engineer 操作软件简介
• 3.2 CFD 及Fluent 软件介绍
• 3.3 叶轮结构的设计方法
• 3.4 叶轮结构的初级设计
• 3.5 叶轮结构的优化设计
• 4 mini LVAD 叶轮的流场仿真分析
• 4.1 叶轮流场的流线分析
• 4.2 叶轮流场的压力分析
• 4.3 叶轮流场的速度分析
• 4.4 叶轮流场的切应力分析
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献