流量与叶片出口宽度对离心血泵溶血性能的影响

背景:溶血现象是人工心脏泵设计与研发历程中的一个重要问题,溶血的产生与血细胞在泵内运动时所受剪切力和在泵内的运动时间有关。目的:分析离心血泵不同运行参数及不同结构参数与血细胞在泵内所受剪切力之间的关系。方法:根据速度系数法设计离心血泵的基本结构;分别利用CFturbo、ANSYS ICEM与FLUENT软件建立血泵的三维模型,网格划分与流场模拟,以此研究出最佳的网格划分方法;再根据数值模拟的结果对叶轮出口直径进行修正,最终得到符合人体心脏所需的人工心脏泵。以降低血细胞在心脏泵中所受切应力和运动时间为目的,对离心式人工心脏泵结构参数叶轮入口流量Q(2,3,4,5,6,7L/min)、运行参数叶片出口宽度b2(2.0,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5 mm)进行优化设计与分析比较,以期降低溶血现象发生的概率。结果与结论:(1)随着流量的增加,血细胞在血泵内受到的切应力逐渐增加,运动时间逐渐减少。随着流量的增加,血泵内的标准溶血值逐渐减小,血细胞在血泵内受到的损伤越小;当流量取7 L/min时,血泵内标准溶血值最低;(2)随着叶片出口宽度的增大,血液在泵内所受的切应力总体呈下降趋势,血液在泵内的运动时间总体呈现增加趋势;当叶片出口宽度在2.0-2.5 mm范围内,随着叶片出口宽度的增加,血泵内的标准溶血值逐渐减小,血细胞在血泵内受到的损伤越小,当叶片出口宽度为2.5 mm左右时血泵内溶血值最低。