● 摘要
作为心室辅助装置（Ventricular Assist Device，VAD）的核心，血液泵的设计需要满足5 L/min的流量和100 mmHg的压头；同时必须将血液破坏程度减至最低。溶血和血栓是血液破坏的两种主要形式，均出现在不符合生理要求的血流中，如湍流，涡流及高切应力区等。计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）作为一种有效的数值模拟工具，使设计者能通过计算机来预测流场内部的流动，为其性能评价和设计优化提供依据。 原型血液泵LAP-00的数值模拟及特性实验结果表明，在设计转速9000 r/min下，最高效率点对应的流量为11 L/min，而临床应用所需的流量一般在3~8 L/min，此时血液泵工作在非设计点，效率偏低。此外，静子区域存在严重的流动分离与回流，极易造成血流停滞进而引发血栓。多轮改进后得到的新型血液泵LAP-23，将设计转速从9000 r/min降至8000 r/min，减小了转子高速旋转产生的叶尖切应力；设计点流量降至6 L/min，并且消除了静子区域的分离和回流，进一步减轻了血液破坏。 转子高速旋转产生的叶尖切应力加剧了溶血。整体转子将转子外机匣与转子叶片固连，形成“轮毂+叶片+机匣”的整体结构，完全消除叶尖间隙。初步的数值模拟结果表明，采用整体转子结构的血液泵LAP-23A在效率以及溶血性能上均较LAP-23有了较为明显的改善。