對稱離心式血泵結構優化與仿真分析

王 宇，陳奎生，湛從昌

(1.武漢科技大學冶金裝備及其控制教育部重點實驗室,湖北 武漢,430081；2.武漢科技大學機械自動化學院, 湖北 武漢,430081)

心力衰竭(heart failure，HF)是各種心臟病患者自然病程的最終階段，目前針對HF的治療包括藥物治療和非藥物治療。在頑固性心臟病后期藥物治療效果差、心臟移植供體資源稀缺的情況下，為患者安裝心室輔助裝置(ventricular assist device，VAD)便成為了治療HF的主要手段[1]。早期VAD中隔膜式血泵體積大、能耗高，不利于植入人體，而葉片式血泵的連續性供血方式雖然能夠滿足人體的生理需求[2]，但其轉子轉速較高時易引發嚴重的溶血現象，即使采用定子與轉子無機械接觸的磁懸浮軸承，也無法避免因血泵內部結構和流場導致的溶血和血栓問題[3]。有鑒于此，Wataru等[4]公布了一種性能較好的非接觸型磁力軸承離心式心臟泵結構，其工作原理及相關結構參數為體外循環心臟泵的結構優化提供了重要參考依據；Kim等[5]通過流體分析軟件對五種不同尺寸參數的軸流泵進行了數值分析并建立起相應的血液剪切力模型；Zhang等[6]的研究則表明，血泵內的溶血程度與泵內血液的二次流動有著密切關系，流動方向的突變以及湍流都有可能造成血液剪切應力增大；云忠等[7]圍繞溶血性能的研究及計算流體動力學(computational fluid dynamics，CFD)仿真結果表明，當血液垂直撞擊速度達到6 m/s時，紅細胞有可能發生破裂而造成溶血；Giersiepen等[8]基于溶血預測模型，認為發生溶血的根本原因是血細胞受到一定的剪切應力并在臨界應力下曝光一定的時間。……