錐形螺旋葉輪血泵流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算與分析.pdf

1、心血管疾病已成為導(dǎo)致人類死亡的主要原因。由于心臟供體的數(shù)量極少，不能夠滿足重危心臟病患者的移植，提出了左心室輔助裝置。左心室輔助裝置的主體是血泵，它能夠?qū)⒆笮牡难阂鞯奖脙?nèi)再注入到主動(dòng)脈系統(tǒng)，起到部分或完全代替自然心臟的功能，維持正常的人體血液循環(huán)。血泵研究主要采用CFD技術(shù)，僅通過計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化就可以得到較為理想的血泵模型，大大節(jié)省因開發(fā)物理樣機(jī)而花費(fèi)的財(cái)力和時(shí)間。本文利用CFD技術(shù)設(shè)計(jì)并計(jì)算錐形螺旋葉輪血泵，在滿足人體生理需求的基

2、礎(chǔ)上，采用改變導(dǎo)葉、變化泵體錐度和出入口錐能改善流動(dòng)滯止和速度環(huán)流。 (1)詳細(xì)綜述了國(guó)內(nèi)外人工血泵及其CFD仿真的研究現(xiàn)狀，根據(jù)目前血泵存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)，利用PROE設(shè)計(jì)了泵體為錐形結(jié)構(gòu)，具有兩個(gè)頭數(shù)的螺旋葉片，加之以流線型導(dǎo)流葉片的血泵。數(shù)值模擬采用全流道的方案。 (2)分析了CFD模擬過程中所用到的模型及數(shù)值計(jì)算方法。采用k-ε雙方程的湍流模型、N-S方程的數(shù)值解法、給定變量的差分格式、定子和轉(zhuǎn)子之間采用混合面

3、法，來對(duì)錐形螺旋葉輪血泵流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算和求解。 (3)運(yùn)用三維軟件進(jìn)行泵的螺旋葉片、導(dǎo)葉這些復(fù)雜曲面的設(shè)計(jì)。將血泵在CFD前處理軟件GAMBIT中進(jìn)行處理，剖分出利于數(shù)值計(jì)算的四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。把網(wǎng)格導(dǎo)入FLUENT中設(shè)定流體的參數(shù)和設(shè)置定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)血泵流場(chǎng)的數(shù)值模擬。 (4)分解了血泵的每一個(gè)參數(shù)來進(jìn)行血泵流場(chǎng)的優(yōu)化，在上百個(gè)分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)流葉片、出入口錐、血泵錐度及泵體體積對(duì)血泵的流場(chǎng)起到關(guān)鍵作用。提出了