泵机一体化的轴流式血泵模拟优化

针对现有的轴流式血泵存在一定的结构缺陷,导致性能不足和血液相容性差等问题,提出以一种泵机一体化的轴流式血泵为研究对象,利用计算流体力学方法,对其几何结构进行优化改进。同时研究不同运行参数对该血泵性能的影响,并与实验的数据进行比较,确定最佳的运行参数。本研究对该血泵的流场特性进行全面的分析,进一步揭示其内部的流动规律,并采用DPM方法模拟血液中红细胞的流动行为及其受剪切应力的情况,完成对该血泵的血液相容性的评估。研究表明,新型的血泵在扬程方面表现出良好的性能。在转速为9000r/min、流量为6.24L/min的最佳工况下,血泵的扬程比原结构提升16%,效率达到25%,能够满足大部分人的生理需求。此外血泵内大部分区域的压力梯度和速度梯度都比较均匀,内部流场情况比较稳定,能够有效避免溶血现象的发生。本研究优化改进的血泵能在确保高性能和良好的流场特性的同时具备较好的血液相容性,可为轴流式血泵的结构优化和改进提供重要的参考依据。

磁偶合驱动轴流式血泵的可行性研究

报道一种新的自行设计研制的磁偶合驱动轴流式血泵 ,电机采用自制的中空无刷直流电机 ,血泵进出口及叶轮在一条轴线上 ,使血泵内与流体力学有关的结构更为合理 ,对血泵性能进行了测试和验证 ,实验表明该泵的性能良好 。

轴流式血泵水动力特性和生物相容性的数值模拟

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,将一种黏弹性流体k-ε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:在相同转速和流量条件下,质量分数为0.06%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,质量分数为39%的甘油溶液为工质时静压压升最不明显;甘油溶液的雷诺应力和黏性切应力均高于水和黄原胶溶液的相应值;黏弹性流体为工质时泵的溶血指标比水和甘油溶液的低,且数值处于同一数量级上.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,但血泵的结构需进一步优化和改善.

轴流式血泵流体特性CFD研究

在轴流式血泵的研发中,通常将血液当作牛顿流体来处理,考虑到当动脉存在局部狭窄等几何突变情况时,动脉局部流场中可能产生流动剪切率非常低的区域,因此有必要考虑血液的非牛顿特性.建立了轴流式血泵模型,通过CFD仿真分析得到血泵转速和流量的变化对血泵出入口流场的影响,以及血泵导叶对泵体内流场的影响规律,并通过对设计的血泵进行泵水实验,测量了轴流式血泵输出流量和压力参数.结果表明所设计的血泵在驱动性能上和仿真是相符的.

磁极位置对永磁轴流式血泵驱动能力影响的研究

为提高永磁轴流式血泵的驱动能力,利用ANSYS有限元分析软件仿真计算了大间隙磁力驱动系统的驱动力矩,通过实验计算了永磁轴流式血泵的最大负载力矩,得到了磁极相对位置(系统耦合距离、两电磁体间磁极距离、永磁体偏离两电磁体中心位置的距离、两电磁体间的相对夹角等)对系统驱动能力的影响。结果表明:通过减小系统耦合距离,减小两电磁体间磁极距离,将永磁体置于偏离电磁体中心位置8 mm左右的位置,将两电磁体垂直放置等方法,可以提高系统驱动能力。

微型轴流式血泵外磁驱动电路设计

微型轴流式血泵是目前人工心脏结构研究的热点,外磁驱动是一种新型的血泵驱动方式。本文介绍了血泵外磁驱动电路的设计。该电路能够产生双向励磁电流,直接驱动电机,实现血泵的外磁驱动。电路简单、实用,稳定性较好。

轴流式血泵的研究进展

轴流式血泵作为一种左心室辅助装置,对于心脏病患者尤其是等待移植的重症患者,具有重要的意义。本文介绍了目前世界上最流行的8种轴流式血泵的设计参数、实验结果以及临床应用现状,并对其发展前景进行了展望。

轴流式血泵无位置传感器控制的设计

介绍了一种用于人工心脏轴流式血泵无位置传感器永磁无刷直流电机闭环调速控制系统的电路设计,该设计利用自启动方式实现电机启动,当电机达到额定转速时进入闭环控制系统,利用反电势逻辑积分法,实现无刷直流电机无位置传感器控制.

微型轴流式血泵永磁体磁场有限元仿真分析

根据微型轴流式血泵外磁驱动装置的重要组成部分——永磁体的自身特性,基于ANSYS软件建立了有限元模型,合理分析了其所受的载荷和边界条件,得出了较为准确的分析结论,为整个装置的正常运行提供了可靠的理论依据。

轴流式血泵流场CFD仿真(英文)

在轴流式血泵的研发过程中,动脉局部流场中可能产生流动剪切率非常低的区域,因此有必要考虑血液的非牛顿特性。建立了轴流式血泵模型,通过CFD仿真分析得到血泵转速和流量的变化对血泵出入口压力分布和速度分布的影响,并采用水和甘油(2∶1)的混合流体替代血液,对设计的血泵进行驱动实验,测量了轴流式血泵输出流量和压力参数。结果表明:所设计的血泵在规律上和仿真是相符的。

微型轴流式血泵材料表面处理技术分析

由于微型轴流式血泵置入心内的特殊部位 ,既要保证其血液相容性 ,又要保证组织相容性 ,与血液接触的材料表面 ,可选择r -水蛭素处理 ,以提高材料的血液相容性 ;与各种生物组织材料接触的表面 ,可选择纤连蛋白处理 ,使材料表面内皮化 。

微型轴流式血泵外磁驱动电路设计

微型轴流式血泵是目前人工心脏结构研究的热点,外磁驱动是一种新型的血泵驱动方式。文中介绍了血泵外磁驱动电路的设计方案。通过该方案能够产生双向励磁电流,可直接驱动电机以实现血泵的外磁驱动。

轴流式血泵升速过程S曲线控制研究

基于传统S曲线控制算法,提出了一种能促进轴流式血泵升速过程驱动性能研究的三段S曲线升速控制方法.建立了S曲线升速模型,并离散求解得到定时常数和步数等参数;再利用上位机通信将参数实时传递给单片机,实现血泵升速过程S曲线控制.实验结果表明,血泵启动速度为300 r/m in,达到最大稳定转速为6 000 r/m in时,使得血泵运行快速而且驱动能力最大的S曲线的加速周期约为1.2 s.相对以往的血泵升速控制过程,驱动时间明显缩短,振动噪声小,加速性能良好.

轴流式血泵电机控制系统关键技术的研究

目前人工心脏研究已经成为生物医学领域的焦点,轴流式血泵与其电机驱动是人工心脏的核心部分,其结构与性能是人工心脏设计的关键。本文对轴流式血泵电机驱动控制系统进行了研究,通过比较常用起动方法的优缺点,选择三段式起动法,结合泵类负载的特性,提出通过控制绕组电流的方法实现电机的起动,又分析了各种调制方式对非换向区间对转矩脉动的影响,提出了PAM调制方式下换向转矩脉动抑制的方法,结合系统总体设计方案进行了仿真研究,其结果验证了上述的分析与提出方法的合理性。

轴流式血泵无位置传感器控制的设计

介绍了一种用于人工心脏轴流式血泵无位置传感器永磁无刷直流电机闭环调速控制系统的设计,该设计利用自起动方式实现电机起动,当电机达到额定转速时,进入闭环控制系统,利用反电势逻辑积分法,实现无刷直流电机无位置传感器控制。

轴承磨损导致的轴流式血泵偏心对其血流动力学性能和血液损伤的计算流体力学分析

轴流式血泵(一种机械循环辅助装置),为晚期心力衰竭患者提供短期和长期的血流动力学支持。随着使用时间的增加,轴流式血泵的轴承系统会发生不同程度的磨损,导致轴流式血泵的转子出现不同心的情况,改变了轴流式血泵的内部流场环境,增加了长期使用轴流式血泵的患者产生并发症的风险。然而,对于由转子不同心带来的血流动力学性能的研究还不够广泛。在本研究中,认为轴承磨损是均匀的,即转子叶片的轴线与轴流式血泵轴线平行,同时用两个轴之间的距离(L)量化不同心的程度。L的最大值是叶顶间隙的尺寸,L的最小值是0。本研究中,建立了10个不同L的用于计算流体力学几何模型,并对其进行了详细的CFD分析,以研究转子不同心对(流动条件11 000 r/min,5 L/min)血流动力学性能和水力性能的影响。用标准剪应力在特定阈值(τ<1 Pa:血栓形成,τ>9 Pa:血管性血友病因子破坏,τ>50 Pa:血小板活化,τ>150 Pa:红细胞破裂)中的体积百分比来比较不同L时的血液损伤,并根据欧拉近似方法计算出不同L下轴流式血泵的改良溶血指数(MIH)。CFD模拟预测了轴流式血泵的压头、水力效率、流体的体积分数在临界值(9、50、150 Pa)以上的变化。当L从0增加到最大值时,上述结果更高。这意味着轴承磨损导致的不同心,是导致溶血、血栓形成、出血风险增加的原因之一。

基于热流耦合的轴流式血泵温升影响因素研究

人工心脏已进入临床发展阶段,溶血现象是制约人工心脏长久使用的一大难题。不正常的温度条件会使红细胞的正常生理机能和形态发生改变,从而影响其携氧能力。为研究人工心脏正常运转时的温升情况,先利用Solidworks软件建立轴流式血泵的三维仿真模型,然后基于ANSYSWorkbench软件对血泵整体进行热流耦合温度场仿真,探究了定子绕组相阻值、血泵转速、定子外壳和泵外壳之间的气隙导热系数以及血液导热系数对血泵及血液整体温升的影响。结果表明,在满足血泵供血要求的前提下,适当减小定子绕组相阻值、降低转速可有效降低血泵整体温升,而气隙物质和血液导热系数的变化对血泵整体温度的影响不是很明显。

一种轴流式血泵的水力性能研究及溶血预测

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。

轴流式血泵磁力驱动系统转矩特性研究

为了进一步缩小轴流式血泵体积,为驱动结构优化设计提供指导,研究血泵磁力驱动系统驱动力矩和负载力矩。以实际轴流式血泵为基础,设计了三齿槽和六齿槽两种定子结构;基于ANSYS软件建立了血泵磁力传动系统二维电磁场仿真模型,计算并比较了两种结构的驱动力矩,研究电流对驱动力矩影响规律,建立了血泵负载力矩模型;进行了血泵流体力学特性试验。研究结果表明:在满足人体正常生理要求时,血泵负载力矩值为0.0107 N.m;额定功率下,三齿槽定子结构比六齿槽结构具有更好的驱动能力,驱动电流与驱动力矩成线性正相关关系,电流为0.32 A时,三齿槽定子能够满足血泵9 000 r/min时对驱动力矩要求。该研究为轴流式血泵的磁力驱动结构设计及优化提供了理论依据。

微型轴流式血泵的应力场仿真分析

通过CFD仿真软件fluent,对一款微型轴流式血泵的流场进行了数值模拟,并针对模拟的结果,结合人体生理要求,对该血泵进行了优化探讨,重点分析了影响血泵性能的应力场,获得了优化前后的一些相关参数,为今后进一步的血泵实验研究提供了一定的参考依据。