【摘 要】
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CFD技术是一种基于计算机并行技术的数值模拟工具,它能预测各种复杂的流动和传质现象,并能提供可视化结果,目前已经广泛地应用于多种科学领域。在人工心脏泵的研究中,CFD已用来辅
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CFD技术是一种基于计算机并行技术的数值模拟工具,它能预测各种复杂的流动和传质现象,并能提供可视化结果,目前已经广泛地应用于多种科学领域。在人工心脏泵的研究中,CFD已用来辅助人工心脏的设计以及性能的评价。 从Navier-Stokes基本方程组出发,笔者阐述了CFD的离散原理、数值方法、工作步骤,分析CFD技术的特点,介绍了湍流现象和各种湍流模型。针对江苏大学生物医学工程研究所研制的基于流线型设计的叶轮血泵和国外直叶片的Biopump等血泵,应用CFD技术对其内部流场进行了数值模拟,计算得到了血泵内部的速度场、压力场和切应力分布。 结果表明: (1)在相同的边界条件下,叶轮血泵内的绝对速度随着流道逐渐增大,在流道的出口处达到最大;叶轮内的压力也随着流道逐渐增大,径向分布均匀。绝对速度场与压力分布与理论分析相符。 (2)流线型设计的叶轮血泵内部的相对速度场为层流,流线和流面与叶片的形状相符,没有出现流动分离和涡流现象,直叶片叶轮血泵的相对速度场则出现了明显的流动分离现象,局部出现滞流及重复循环区,流线和流面与叶片的形状不符。可以认为,在保持边界条件一致的情况下,流线型的叶轮血泵具有较好的血液相容性和抗血栓形成性能。 (3)从壁面的切应力分布上看出,流线型叶轮血泵的切应力最大值186Pa,小于直叶片叶轮血泵切应力的最大值280Pa,其高于产生溶血的临界切应力(150Pa)的区域在叶轮壁面上为0个节点数,而直叶片血泵的叶轮壁面上为74个节点数。根据Niimi H的研究结果,再次验证了基于流线型设计的叶轮血泵的溶血要比直叶片的叶轮血泵小。
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