膜式氧合器内流场分布的血流动力学初步研究

目的本研究从血流动力学角度,利用计算流体力学CFD初探体外生命支持系统中膜式氧合器内流场分布情况。方法利用SolidWorks建立两种典型结构氧合器模型Maquet M78000-A和Medtronic Affinity NT-B。通过Ansys CFX 14.5进行数值模拟A、B在1~7 L/min流量下,流场分布情况。计算多个指标,速度、压力、流体切应力、涡强度、入口泵功率和能量损失。同时结合体外模拟实验,复方电解质液作循环液体,测量A、B在1~7 L/min流量下各自压差,对比CFD模拟结果。结果在2 L/min平均流量辅助下,A、B入口流腔内平均流速为0.037、0.146 m/s;两侧压降为6.970、11.009 mmHg;血液经过在入口流腔产生涡强度为1.967、5.301 s-1;产生能量损失为0.029 8、0.043 8 W。同时体外实验中测量对应压差为5、8.67 mmHg,模拟结果为6.859、10.933 mmHg。结论 CFD可定性模拟血液在氧合器内流动和流场分布。A内涡强度、形态、位置和数量随流量增加而改变;场内形态分布也越不均匀,强涡区域主要集中在入口处。B随流量增加,流场分布也呈不均匀,高流速区域集中在入出口位置,并产生不同强度涡流,造成能量损失。不同流量下,A中血液流速、跨膜压降均低于B。但A内部仍存在涡流、流动死区等,在未来仍需做出进一步优化。体外实验与CFD模拟结果基本吻合,说明CFD模拟可为解决临床问题提供一定参考依据。