题目：微型心室辅助轴流血泵特性数值分析

心室辅助装置是应用机械手段部分替代心脏的泵机能以维持全身良好的血液循环的装置，其核心工作部件是心室辅助血泵。在距今为止40多年的研究中，轴流血泵以其体积小、能耗低、便于植入等优点，一直是心室辅助血泵研究的重点。心室辅助血泵的进、出口引流管是连接心室辅助血泵进、出口的两段管路，与心室辅助血泵共同构成了一整套心室辅助系统，而进、出口引流管对整套心室辅助系统的影响是十分明显的。

本文针对心室辅助血泵使用过程不同工作点特性的差异展开分析，同时对添加进、出口引流管的整个心室辅助系统进行了数值模拟研究，并设计了具有宽广流量、压升范围和良好抗溶血性能的新型微型心室辅助轴流血泵。

首先，对轴流血泵LAP23不同工作点的特性进行了研究，通过定性、定量比较分析，得到了不同工作点的流场、标量剪切应力与暴露时间，最终得到其溶血指数曲线。随着工作点流量的减小，叶片前缘攻角的增大使流动的转角以及叶片通道中的逆压梯度增大，过大的逆压梯度导致了叶片吸力面处的流动分离，使得血泵的压升从128.3mmHg下降到85.5mmHg；在本研究中，转子区域的标量剪切应力具有较高的量级，在1L/min工作点其数值为设计点的1.7倍；随着流量的减小，血泵的出口气流角增加导致了出口流动旋转加剧，使流动的暴露时间较设计点增长了4.6倍；从3L/min到1L/min工作点，溶血指数上升了3.6倍，其主要原因是转子区域的平均标量剪切应力与暴露时间的同时增加。

其次，对添加不同进口引流管和不同出口引流管的心室辅助系统进行了数值模拟研究，得到了其设计点与小流量工作点的流场，并与LAP23血泵进行了对比，得出了其对系统以及血泵的不同影响。添加进口引流管以及出口直弯管对心室辅助系统的压升性能影响较小但会造成系统平均暴露时间略有增加，添加出口收缩弯管会导致心室辅助系统下降但会使系统平均暴露时间略有下降；添加进口引流管对剪切应力影响较小，添加出口引流管会使当地剪切应力增大；在本研究中,无论添加进、出口引流管，其对心室辅助系统的影响仅限于当地位置，对血泵内部的流动无明显影响,所以添加进、出口引流管对溶血指数影响较小，而对心室辅助系统溶血指数影响较大的依然是心室辅助血泵。

最后，设计了新型微型心室辅助轴流血泵LAP30并对其进行优化。该泵设计流量为3L/min，提供140mmHg的静压升。为了获得所需静压升并具有良好的抗溶血性能，LAP30血泵采用了整体转子结构以及带分流叶片的静子。通过三维数值模拟方法对其进行了水力学及溶血特性分析，数值模拟结果表明： LAP30血泵流量范围为2-5L/min，在转速11000rpm时，在其流量范围内均可提供超过140mmHg的血液静压升，而其压升-流量特性曲线较为平坦，在流量范围内压升变化较小；优化后，消除了原先存在于静子区域的较大流动分离，同时，出口的旋流也得到了一定的改善；LAP30血泵的平均标量剪切应力为21.9 Pa，平均暴露时间为71.9ms，采用Heuser溶血模型算出的平均溶血指数为0.221%，血泵的抗溶血性能较为令人满意。