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用于心肺脑复苏(CPCR)的离心血泵的优化设计

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生物医学工程学杂志 2000年第2期17卷 159-163页

作者：裴觉民谭小苹陈克纲李晓宁四川大学工程力学系成都610065

提出了心肺脑复苏（Cardiopulmonarycerebralresuscitation，CPCR）机中重要部件──离心血泵的要求，对现有不同血系进行比较与分析，提出初步的优化方案，给出了心肺复苏用泵的优化结构，并在此基础上对自行设计研制的泵的性能进行了... 详细信息

提出了心肺脑复苏（Cardiopulmonarycerebralresuscitation，CPCR）机中重要部件──离心血泵的要求，对现有不同血系进行比较与分析，提出初步的优化方案，给出了心肺复苏用泵的优化结构，并在此基础上对自行设计研制的泵的性能进行了测试，初步实验结果表明该泵的性能良好，其水力学性能满足心肺脑复苏机的需要。

关键词：离心血泵心肺脑复苏优化设计 CPCR

体外循环用离心血泵磁力联轴器的磁场数值计算与分析

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生物医学工程学杂志 2013年第6期30卷 1244-1249页

作者：胡兆燕路力军张天逸陈正龙张涛上海理工大学机械工程学院上海200093 上海理工大学医疗器械与食品学院上海200093 上海医疗器械高等专科学校医疗器械工程系上海200093

体外循环用离心血泵的驱动系统,其核心为圆盘形磁力联轴器。圆盘形磁力联轴器的结构参数关系到传递磁转矩的能力,因此需要对圆盘形磁力联轴器的永磁体磁极数(n)、气隙长度(Lg)、永磁体厚度(Lm)、永磁体内径(Ri)及外径(Ro)等参数进行深... 详细信息

体外循环用离心血泵的驱动系统,其核心为圆盘形磁力联轴器。圆盘形磁力联轴器的结构参数关系到传递磁转矩的能力,因此需要对圆盘形磁力联轴器的永磁体磁极数(n)、气隙长度(Lg)、永磁体厚度(Lm)、永磁体内径(Ri)及外径(Ro)等参数进行深入研究。本文采用Ansys三维静态磁场棱边单元法进行数值计算,分析磁力联轴器各个参数与传递磁转矩的关系,为圆盘形磁力联轴器的进一步优化提供了理论依据和计算方法。

关键词：离心血泵圆盘形磁力联轴器磁转矩有限元分析

血液灌注量和破坏指标约束下的无叶片离心血泵结构优选方法的研究

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生物医学工程学杂志 2012年第6期29卷 1201-1206页

作者：胡兆燕潘友联陈正龙张天逸路力军上海理工大学机械工程学院上海200093 上海理工大学医疗器械与食品学院上海200093 上海医疗器械高等专科学校精密医疗器械系上海200093

本文主要探索无叶片离心血泵的结构优选方法。根据临床使用要求确定优选目标;由无叶片离心血泵的结构特点制订优选方案集合;以灌注量和血液破坏程度为指标,经过两轮优选出最佳结构血泵。数值仿真结果表明可以满足设计要求,即体外循环对... 详细信息

本文主要探索无叶片离心血泵的结构优选方法。根据临床使用要求确定优选目标;由无叶片离心血泵的结构特点制订优选方案集合;以灌注量和血液破坏程度为指标,经过两轮优选出最佳结构血泵。数值仿真结果表明可以满足设计要求,即体外循环对灌注量(压力0～380mm Hg,流量0～8L/min)、血液剪切破坏(叶轮表面剪切力不超过200Pa)和撞击破坏的要求。该结构优选方法可以快速地在方案集合中确定最佳结构方案。

关键词：血液灌注血液破坏体外循环离心血泵优选

基于快速溶血预估模型的离心血泵叶轮特性数值分析

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生物医学工程学杂志 2014年第6期31卷 1260-1264页

作者：寿宸郭勇君苏磊黎永前西北工业大学陕西省微/纳米系统重点实验室西安710072 西京医疗用品有限公司西安710077

离心血泵叶轮形态是决定其内部流场剪切应力致血液细胞损伤的重要因素之一。对具有不同叶轮形态的离心血泵进行流体动力分析及数值溶血预估有助于提高血泵的综合性能。本文采用低雷诺数修正SSTκ-ω湍流模型,对四种不同叶轮形态的离心... 详细信息

离心血泵叶轮形态是决定其内部流场剪切应力致血液细胞损伤的重要因素之一。对具有不同叶轮形态的离心血泵进行流体动力分析及数值溶血预估有助于提高血泵的综合性能。本文采用低雷诺数修正SSTκ-ω湍流模型,对四种不同叶轮形态的离心血泵内部流场进行计算,包括压力场、速度场以及剪切应力场分布等;并运用快速溶血预估模型计算各血泵的标准溶血参数值(NIH)。分析结果表明,虽然四种血泵的压力场分布均符合要求,但对数螺旋线叶轮血泵流道中的涡流和回流得到了明显改善,高剪切应力区域体积只占总体积的0.004%,NIH为0.0089,对血液细胞破坏最小。

关键词：离心血泵叶轮形态计算流体动力学标量剪切应力溶血预估

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离心血泵控制策略及体外模拟循环系统研究

离心血泵控制策略及体外模拟循环系统研究

作者：唐敏上海交通大学

学位级别：硕士

终末期的心脏病最有效的治疗办法是心脏移植。但是心脏移植供体的不足,大量患者仍无法得到及时救治。心室辅助装置作为自然心脏的替代品,已成为治疗心力衰竭的重要手段。现有临床使用的离心泵主要采用恒速控制方式,这种方式会削弱循环... 详细信息

终末期的心脏病最有效的治疗办法是心脏移植。但是心脏移植供体的不足,大量患者仍无法得到及时救治。心室辅助装置作为自然心脏的替代品,已成为治疗心力衰竭的重要手段。现有临床使用的离心泵主要采用恒速控制方式,这种方式会削弱循环系统血液原有的搏动性,长时间辅助后会导致血管形态学改变等一系列问题。本文设计模糊PI控制器,通过调制血泵的转速提高了离心泵辅助后主动脉压的搏动性。所取得的阶段性成果有:1、建立离心血泵和心血管系统的耦合模型,作为血液搏动控制器的被控对象。耦合模型包括心血管模型、压力反射神经系统和离心血泵的模型。仿真结果表明建立的模型在正常生理和心衰生理参数下均和实际吻合。2、针对离心血泵的辅助要求,设计离心血泵的控制器,即保证了血液灌注需求,又提高了血液的搏动性。通过仿真确定了离心血泵的同搏辅助模式,仿真结果表明控制器的可行性和鲁棒性。3、设计直流无刷电机的调速电路,基于STM32设计软件总体框架,实现控制器的模糊PI算法。4、以弹性腔理论为基础,搭建模体外拟循环系统实验平台。左心室的心率,外周流阻的大小,以及动静脉腔的顺应性等生理参数可调。将离心血泵接入到模拟循环系统,在心衰生理条件下测量主动脉压和主动脉流,验证控制器设计和系统耦合模型建立得有效性。

关键词：离心血泵心血管模型搏动性模糊控制模拟循环系统

流量与叶片出口宽度对离心血泵溶血性能的影响

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中国组织工程研究 2019年第10期23卷 1581-1587页

作者：胡婉倩李学敏徐林刘继伟孙皓中国长江电力股份有限公司湖北省宜昌市443000 华中科技大学能源与动力工程学院湖北省武汉市430074 中南电力设计院有限公司湖北省武汉市430074

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... 详细信息

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。

关键词：心脏移植离心血泵溶血现象运行参数结构优化速度系数法计算流体动力学切应力标准溶血值运动时间溶血血流动力学组织工程

叶形仿生优化对离心血泵水力性能及溶血特性的影响

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中国医学物理学杂志 2024年第5期41卷 616-622页

作者：程洁王慧鹏范谦李晶江西理工大学机电工程学院江西赣州341000 广东佛山联创工程研究生院广东佛山528305

离心血泵的优化对于体外膜肺氧合的临床应用具有重要意义。本研究参考座头鲸在深海中作原地转身运动时其鳍状肢的流线形,重新设计血泵的叶片。采用计算流体动力学对血泵性能进行预测和评估;通过水力试验来验证数值计算的准确性;溶血预... 详细信息

离心血泵的优化对于体外膜肺氧合的临床应用具有重要意义。本研究参考座头鲸在深海中作原地转身运动时其鳍状肢的流线形,重新设计血泵的叶片。采用计算流体动力学对血泵性能进行预测和评估;通过水力试验来验证数值计算的准确性;溶血预测模型采用渐进一致数值近似方法。仿真结果表明,叶片尾缘形状对出口隔舌处的流场分布和该区域的壁面剪应力分布均有显著影响;当叶片尾缘达到一定扭转角度时,叶片结构能较好地适应泵内的流场环境,但当扭转角度不足时,流场扰动反而会增大。与原模型相比,扭转角为20°的模型在转速为2500 rpm、流量为5 L/min的工况下,扬程试验结果增加11.6%,水力效率提升3.1%,溶血指数下降40.1%。总的来说,具有一定扭转角度的仿生叶片尾缘结构可以提高半开放式离心血泵的性能。

关键词：离心血泵叶形优化仿生扭转尾缘计算流体动力学

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离心血泵两相流仿真分析

机械制造 2020年第8期58卷 40-44,48页

作者：吴响陈奎生王春政武汉科技大学机械自动化学院武汉430081 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) 广东佛山528305

应用计算流体动力学分析软件,对离心血泵进行两相流数值模拟,分析离心血泵内部红细胞的分布规律及流场流动特性。搭建离心血泵测试平台,在相同工况下测试流体动力特性,并与仿真结果进行对比。结果表明,1800 r/min工况时,离心血泵测试所... 详细信息

应用计算流体动力学分析软件,对离心血泵进行两相流数值模拟,分析离心血泵内部红细胞的分布规律及流场流动特性。搭建离心血泵测试平台,在相同工况下测试流体动力特性,并与仿真结果进行对比。结果表明,1800 r/min工况时,离心血泵测试所得流量和扬程与仿真结果吻合。离心血泵内部整体流动状况良好,流量和扬程均能够满足人体生理需求。离心血泵内部血细胞非均匀分布,体积分数在叶轮区呈现一定幅度的变化。离心血泵内部剪切应力小于150 Pa的区域占总区域的比例约为94.75%,高剪切应力主要集中于叶轮边缘处。

关键词：离心血泵计算流体动力学仿真分析

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变转速辅助下离心血泵内流场及空化特性研究

变转速辅助下离心血泵内流场及空化特性研究

作者：程玉皎江苏大学

学位级别：硕士

心室辅助装置恒转速的控制方法,会降低血液动脉压的搏动性,并产生了一系列的并发症,造成抽吸和返流现象。而变转速辅助控制能够使心室辅助装置达到最佳辅助状态,适合长期辅助。但转速的快速变化容易使泵内局部位置的压力骤降,产生空化现... 详细信息

心室辅助装置恒转速的控制方法,会降低血液动脉压的搏动性,并产生了一系列的并发症,造成抽吸和返流现象。而变转速辅助控制能够使心室辅助装置达到最佳辅助状态,适合长期辅助。但转速的快速变化容易使泵内局部位置的压力骤降,产生空化现象,造成溶血值的增加,阻碍了变转速控制系统的快速发展。本文以自主研发的离心血泵为研究对象,首先通过CFD进行数值模拟,分析离心血泵内部流动规律及空化特性。然后以IV级心衰为例,采用MATLAB软件建立“离心血泵-左心血液循环系统”的参数模型,得到离心血泵在IV级心衰条件下达到最佳辅助状态时的转速变化曲线。最后,以不同转速下的初始条件分析离心血泵变转速辅助过程中空化的发展规律及影响。该研究为避免变转速心室辅助装置空化的产生提供了理论依据和技术支持,推动了心室辅助装置向临床应用的发展进程。主要研究内容及成果如下:一、离心血泵流动特性分析。通过改变离心血泵的流量和转速,从外部特性与内部流场两个方面对离心血泵进行分析。结果表明:流量对离心血泵内部的压力分布影响不大,但转速对其影响明显;随着转速的增加叶轮流道以及叶轮叶片表面的压力急剧降低;转速以及流量对泵内血液的流动情况都有很大的影响,离心血泵内流场的稳定程度和流量成正比,和转速呈反比。二、测量血液的饱和蒸气压值,得到血液在37℃时的汽化压力为45 mmHg。根据该值对离心血泵的空化特性进行研究。结果表明:随着进口压力的不断降低,空化程度逐渐增强,叶轮各流道内的空泡呈不对称分布;当其他条件不变时,离心血泵的空化程度与泵的转速呈正相关。而在同一工况下,离心血泵的空化程度随时间变化不大。三、建立“离心血泵-左心血液循环系统”集中参数模型。首先建立左心血液循环系统模型并验证其准确性;其次根据离心血泵的状态方程将血泵等效成集中参数模型,与左心血液循环系统模型并联耦合,建立离心血泵辅助的左心血液循环系统参数模型;最后根据变转速辅助的速度控制方程,得到离心血泵在IV级心衰状态下达到最佳辅助状态时的转速变化曲线。四、变转速辅助下离心血泵的空化分析。根据变转速辅助达到最佳辅助状态的数值模拟结果,对离心血泵变转速辅助下的内流场以及空化特性进行分析。结果表明:离心血泵的转速以及流量对泵内部压力、流线以及剪切应力的分布都有较大的影响;在心动周期内,离心血泵在射血期发生了空化现象;空化不仅改变流场、影响泵的工作性能,还产生较大的剪切应力,增加了溶血的几率。

关键词：离心血泵变转速辅助空化数值模拟参数模型