基于动网格的永磁悬浮章动血泵流场数值模拟及溶血预测

血泵转子高速旋转会造成血细胞出现不同程度的机械损伤，严重时可能危及患者生命，研究血泵流场特性是设计人工心脏泵的关键。以自主研发的章动磁悬浮血泵为例，基于计算流体动力学非定常三维N-S方程，采用标准κ-ε模型、用户自定义函数和动网格技术，模拟分析血泵内部流场情况，探究三维流场内速度、压力以及剪切应力大小及分布规律。建立磁悬浮章动血泵的溶血模型，采用粒子追踪法获取红细胞在血泵内所受剪切应力和暴露时间，预测血泵的溶血特性。研究结果表明血泵内部流动均匀，没有明显的回流和滞流现象，具有良好的血液相容性。研究为磁悬浮章动血泵的进一步优化设计和性能评价提供重要依据。     

磁悬浮血泵流场分析与结构优化

在满足血泵出口压力的前提下,磁悬浮人工心脏血泵装置的发展主要趋向于小型化和轻型化,并具有良好的血液兼容性和流动性。基于流体动力学分析软件,通过设置血液流场边界条件,采用k-ε湍流模型,对血液流道进行三维建模,同时开展磁悬浮血泵内部流场的数值模拟仿真,分析血泵的速度场和压力场,探索叶轮参数对血泵扬程的影响。结果表明,5片叶片的叶轮压差较低,在相同叶片数下流道扩散角为58°时血泵的压差最高。     

植入式轴流血泵CFD仿真研究

近年来,血泵的研究已成为心脏外科和生物医学工程领域关注的焦点,对血泵中血液流动进行流体动力学仿真分析已忧为一种快速、经济的设计手段。本文针对所设计的微型轴流血泵,采用CFD技术,对血泵中的速度、压力、应力等分布进行了仿真分析。研究结果表明血泵中的流体具有非常复杂的流动情况,为了避免流动分离、压力变化过大等情况,减少剪切应力,对血泵叶轮结构提出了相应的改进意见。     

基于主动转速调制的离心旋转血泵流场分析

为研究血泵主动转速调节对血泵内部流场以及血液损伤的影响,采用计算流体动力学(CFD)方法模拟血泵在转速调制下的全流道内部流动。通过集总心血管系统数学模型和旋转血泵模型的联合数值模拟得到血泵辅助条件下的心室和主动脉压力,并设置为血泵CFD模拟的进出口边界条件。分析了匀转速以及正弦波、方波、三角波三种异步转速调制波形下的血泵流场情况,得到了旋转血泵的速度分布图以及剪切应力分布图。结果表明,转速调制下血泵的流量脉动得到了增强,是一种恢复血流搏动性的可行方案。三种速度调制波形中,正弦波转速调制下的血泵流量脉动指数高且血泵内剪切应力小,是相对理想的转速调制波形。     

叶片叶型和数量对泥泵内部流场影响研究

针对叶片叶型和叶片数量对泥泵内部压力和速度的影响,采用计算流体动力学(CFD)方法,根据工作面为不同曲线的叶片和不同叶片分布形式进行流场分析。在设计流量工况下,采用稳态Navier-Stokes方程求解,选取多重参考系模型进行计算。流场计算结果显示:内部流场合理性较好的泵依次为带分流叶片的四叶片泵、四叶片泵和三叶片泵;其中,Bezier曲线四叶片泵比圆弧曲线四叶片泵内部流场分布更为合理。     

离心式磁悬浮血泵用混合磁悬浮支承设计与仿真

摩擦和磨损会导致离心式血泵机械轴承的寿命短、发热量大,易引起血栓和溶血,针对此,提出了一种离心式血泵用混合磁悬浮支承结构。采用数值计算法对血泵用磁悬浮支承进行了磁场分布数值模拟,设计了基于边缘效应的磁悬浮支承结构实验原型样机,搭建了控制系统,并以实验验证了该结构静态悬浮的可行性。研究结果为离心式磁悬浮血泵的结构设计和溶血问题的改善提供了重要依据。     

叶片安放角对无轴泵喷推进器性能的影响

为揭示叶片安放角对无轴泵喷推进器运行特性的影响规律,采用计算流体动力学方法对无轴泵喷推进器在不同叶片安放角内部流动进行了数值模拟,分析了泵外特性、推力、内部流场分布以及压力脉动的变化规律。结果表明：设计工况下随着叶片安放角的增大,模型泵喷扬程和推力逐渐增大,效率逐渐降低,相较于叶片安放角0°,叶片安放角为+4°时扬程增大5.99%、推力增大2.08%、效率降低7.6%;叶片进口边压力明显下降,叶轮内流体流速逐渐减小,叶轮出口漩涡强度逐渐增强,漩涡面积减小;叶片安放角的变化对于泵喷内压力脉动的主频没有影响,但对主频处的幅值具有明显的影响,尤其是轮缘和流道中部压力脉动。研究结果对于低噪声无轴泵喷推进器的设计具有一定的参考价值。     

旋流泵磨损性能的优化研究

基于Panicle模型和非均相模型,运用流场分析软件ANSYS-CFX对固液两相流旋流泵的内部流场进行数值模拟,应用FINNIE预估模型进行了磨损特性计算,重点研究了叶片表面的磨损规律。液相采用RNG湍流模型,壁面设置为无滑移壁面条件;固体颗粒相采用离散相零方程模型,壁面设置为自由滑移壁面条件。研究结果表明,叶片压力面出口磨损率最大,磨损将会较为严重;叶片吸力面最大剪切应力出现在进口,吸力面进口磨损将会加剧,优化后叶片磨损率有一定的下降。本研究对固液两相流旋流泵的磨损特性有重要参考意义。     

转子叶片数对翅板摆动泵流场的影响

针对转子叶片数影响着翅板摆动泵流场及工作性能的问题,为研究不同叶片数下,翅板摆动泵内部流场的变化情况,利用动网格和UDF技术,对叶片数分别为2、3、4、5和6的翅板摆动泵的二维流场进行了研究,对其在运动过程中的工作性能进行了分析。首先,根据翅板摆动泵的工作原理及其转子的运动方式,分析了转子叶片数与泵排量、容积效率的关系;然后,利用Mesh软件进行了网格划分,并结合RNG k-ε湍流模型,编写了UDF文件,对不同叶片数下的翅板摆动泵进行了数值模拟;最后,根据仿真得到的压力及速度分布云图,对比分析了不同叶片数下翅板摆动泵的工作性能。研究结果表明：当转子叶片数为2时,摆动泵吸油腔和排油腔的压力分布都很均匀,流速变化较平缓;随着转子叶片数的增加,吸油腔出现不同程度的低压区域及局部流速增大的现象,而且当叶片数为4、5、6时,在排油腔的弧形壁面与直线壁面间的夹角区域会出现流速降低的现象;经过综合对比可知,当叶片数为2时,翅板摆动泵的工作性能最好。     

轴流血泵流场分析与结构改进

为研究轴流血泵结构对溶血的影响,采用计算流体动力学(CFD)仿真技术对两片尾导叶血泵的流场进行仿真,根据压力、流速及剪应力分布,分析了流场内血液的流动状况以及产生溶血的原因和可能出现溶血的区域。在此基础上将尾导叶改为三片尾导叶结构。结果表明:三片尾导叶血泵内部回流减少,压力、剪应力明显减小,更符合血液动力学要求,可以有效降低红细胞破损的概率,抑制溶血产生。研究方法为轴流血泵的设计和结构优化提供了参考。