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中空式轴流血泵的数值模拟及初步优化

作　者: 祝雪娇
导　师: 张锡文
学　校: 清华大学
专　业: 力学
关键词: 中空式轴流血泵数值模拟溶血优化
分类号: R318.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 8次
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内容摘要

心室辅助装置在心衰竭及心脏病的移植领域得到了广泛的应用，其中，传统的旋转式轴流血泵在最近10来年里得到了快速的发展，它有如下优点：体积小、耗能低、结构比较简单等优点。在人工血泵的设计中，计算流体力学(CFD)所起的作用日益显著。特别是根据计算结果预测血泵的流体动力特性，并分析其内部的流场、压力等特性，同时可以预测其溶血和凝血指标。通过软件的数值模拟，可以大大的节省研发的费用以及时间。近年来，在世界上，尽管传统式轴流血泵受到了广泛的重视，但是，传统式轴流血泵在溶血和凝血问题上，一直未能得到很好的解决。正因为如此，作者进行了中空式轴流血泵的设计。中空式轴流血泵从根本上大大的解决了传统血泵的溶血和凝血问题，同时减轻了血泵重量、简化了血泵结构，易于植入。在本文中，作者设计了中空式轴流血泵，并构造了高质量的六面体网格，通过商业软件CFX进行了数值模拟计算，通过分析流场结构，讨论了不同血泵结构对血泵的影响。在本文中，作者针对中空式轴流血泵的问题进行了分析，并设计了几种形式的中空式血泵，同时对转子部分叶片进行了初步的优化。主要完成了如下工作：1．通过Proe，Catia等软件完成中空式血泵的三维模型的构建，并通过ICEM生成高质量的六面体单元网格。2．利用商用CFD软件ANSYS CFX对中空式血泵进行了数值模拟，分析了其流场结构，并以此揭示了血泵内一系列独特的流场特性及其与溶血、凝血的关系。3．在小范围内对转子叶片进行了优化，并以此来指导血泵设计工作。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章引言  8-14
  1.1 课题的目的和意义  8-9
  1.2 国内外血泵的研究状况及进展  9-11
    1.2.1 VAD 的发展及血泵分类  9-10
    1.2.2 轴流式血泵的发展  10-11
  1.3 血泵的生物相容性  11-12
  1.4 CFD 设计人工血泵的优缺点  12
  1.5 血泵优化的现状  12-14
第2章血泵 CFD 数值方法  14-21
  2.1 CFD 中的控制方程和湍流模型  14-16
  2.2 整合通用的输送方程  16
  2.3 离散的控制方程  16-21
    2.3.1 离散方程的建立  16-19
    2.3.2 离散方程的求解  19-21
第3章血泵的设计和数值模拟计算  21-59
  3.1 前言  21
  3.2 血泵的几何建模及网格生成  21-25
  3.3 计算参数设置  25-27
    3.3.1 材料属性  25
    3.3.2 边界条件  25
    3.3.3 旋转模型  25-26
    3.3.4 湍流模式  26-27
  3.4 计算结果的讨论  27-57
    3.4.1 血泵驱动纯水的压力和流量关系曲线  27-28
    3.4.2 等间距与非等间距叶片血泵的对比  28-47
    3.4.3 不同内径叶片血泵的对比  47-50
    3.4.4 中空后导叶与非中空后导叶对比  50-54
    3.4.5 血泵的溶血计算  54-57
  3.5 本章结论  57-59
第4章基于 CFD 的转子叶片外形的简单优化  59-64
  4.1 引言  59
  4.2 modefrontier 简单介绍  59
  4.3 优化流程  59-61
  4.4 优化目标  61-62
  4.5 网格生成  62-63
  4.6 本章结论  63-64
第5章全文总结和工作展望  64-66
  5.1 全文总结  64
  5.2 工作展望  64-66
参考文献  66-69
致谢  69-71
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  71

中空式轴流血泵的数值模拟及初步优化

内容摘要

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