人工心脏的数值仿真与设计优化

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1、＾＾±学位论文ＭＡＳＴＥＲＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮｍ民１．：国内图书分类号：３８１１密级公开６８１国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文人工心脏的数值仿真与设计优化一二级年级二零姓名何林峰申请学位级别题主专业机械制造及其自动化指导老师曹中清副教授二零一五年五月十五日ＣｌａｓｓｉｆｉｅｄＩｎｄｅｘ：Ｒ３１８．ｉｌＵ．Ｃ：６１．Ｄ８Ｓｏｕ化ｗｅｓｔＪｉａｏｉｘｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｇｙＭａｓｔｅｒＤｅｒｅｅＴｈｅｓｉｓｇＮＵＭＥＲＣＡＬ別ＭＵＬＡＴＩＯ

2、ＮＡＮＤＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮＤＥＳＩＧＮＯＦＡＲＴＩＦＩＣＩＡＬＨＥＡＲＴＧｒａｄｅ：２０１２Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：ＨｅＬｉｎｆｅｎｇＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｒｅｅＡｌｉｅｄｆｏｒ：ＭａｓｔｅｒｇｐｐＳｅｃｉａｌｉｔ；ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｐｙＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ａ．Ｐ．ＣａｏＺｈｏｎｉｎｐｇｑｇＭａ１５，２０１５ｙ西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留，允许论文

3、被查阅和借阅并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版。本人授权西南交通大学可Ｗ将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１．保密□，在年解密后适用本授权书；■２．不保密〇＜使用本授权书。。＂（请在上方框内打Ｖ）学位论文作者签名；个手妒責指导老师签名．：日期；日期皆．从ｒ．ｙ西南交通大学硕±学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下；一（１）基于传统轴流系设计理论确立了血乗的主要参数，并Ｗ此完成了款轴流式螺

4、旋叶片血粟的结构设计。（２）探讨并确立了血粟内流场的数值模拟方法。－（３）基于ＮＸ软件建立了血粟的三维模型，在ＩＣＥＭＣＦＤ中对其流域网格进行了划分和装配，通过流体计算力学软件ＦＬＵＥＮＴ对血粟内部流场进行了Ｈ维数值模拟，分析了流场内的压力、速度、切应为Ｗ及端流效应分布情况，并在此基础上对血系进行了结构上的改进。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。

5、本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签《；日期：西南交通大学硕±研究生学位论文第Ｉ页摘要一‘也力衰竭是各种必脏病患者主要的死亡原因之，终末期。力衰竭的治疗己经成为必血管内外科所面临的巨大挑战。鉴于药物治疗及外科手术的局限性，Ｗ及供体也脏的不足、，屯脏辅助装置得Ｗ快速发展。人工也脏主要Ｗ微型机械累来辅助或替代自、然屯脏完成累血，，其中轴流式血累由于体积较小、结构较简单、易植入人体等优点己逐渐成为人工也脏的研巧热点。血系中的血液会因多种因素产生血栓和溶血，因此，研究血液在血乗内的流动

6、情况，对人工血索在医学临床上的运用有着重要的意义。一本文基于传统轴流索设计理论设计了款轴流式屯、脏粟－Ｓ縮流，确立了ＷＲＮＧＫ模型作为血系内部流场的数值模拟方法，运用ＣＦＤ软件对血累内的三维不可压缩流场进行了数值模拟，计算得到了血粟内部流场的压力、速度、切应力及端流效应分布情，分析了血栗内流场可能出现溶血和血栓形成的区域况，并在此分析基础上对血粟结构进行了相应的改进。分析结果表明：（１）改进后血粟的流量输出性能较原血系有所改善，在较低的的转速下便能达到正常人体所需求的６Ｌ／ｍｉｎ流量输出和ｌＯＯｍｍＨｇ后负荷压力输出。（

7、２）血泉巧流场在旋转叶轮进出口区域和后导叶入口处出现了较高的压力和剪切应力的血粟内流场压力和切应力极值较原血系均降低，且拒力梯度更加均匀。，改进后（３）叶轮，区域的血液有较高的流动速度改进后的血累内血液高速流动有所缓解，血液的高速流动较原血累降低了９．５个百分点。（４）在血索叶轮和后导叶交界区域出现了较大的端流动能和瑞动能耗散率，改进。后的血乗瑞流动能有所降低，但縮动能耗散率的改善并不太明显（５）在原血聚导流锥附近出现了明显的流动滞止，改进后的血乗改善了该区域的血液流动情况，避免了因流动滞止形成血栓。：和原血栗相比通过分析得到

8、结论，改进后的血累内溶血和血栓形成概率