人工心脏泵水力及溶血性能多目标优化设计

发布时间：2024-05-23 03:38

　　为了优化人工心脏泵的水力性能和降低血液损伤,通过计算流体力学分析了人工心脏泵主要结构参数对效率、扬程和溶血值的影响规律,并使用单变量特征选择方法选取出口直径D₂、叶片包角ψ、出口宽度b₂为设计变量,以人工心脏泵的效率、扬程和溶血性能为目标函数,使用响应面法拟合设计变量与目标函数的多元回归模型,最后联合NSGA-Ⅱ遗传算法进行了多目标优化。确定最优叶轮出口尺寸:D₂=41.68 mm,ψ=101.8°,b₂=2.4 mm。心脏泵性能参数:效率为0.753 6,扬程为100.219 mmHg,溶血值为0.018 1 g/100L。与原始模型相比,在扬程满足设计要求的同时,水力效率和溶血性能均优于原始模型。

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【部分图文】：

图1流体域模型

流体域分为3个部分:入口部分、叶轮部分和蜗壳部分。入口部分的长度是管道直径的两倍,并延长了蜗壳段的扩张管长度。整体流场计算域如图1所示,采用ICEM对流体域模型进行非结构网格划分,对叶片处局部网格加密。使用Fluent19.2对人工心脏泵内部流动进行数值模拟,并使用UDF(Us....

图2叶轮进口直径对人工心脏泵性能的影响

1)叶轮进口直径D1对人工心脏泵性能的影响如图2所示。由图2可知,人工心脏泵的效率随着叶轮进口直径的增加而减小;叶轮进口直径在12.1～15.6mm之间时,扬程随着叶轮进口直径的增加而增加,在进口直径为15.6mm时扬程最高为108.4667mmHg,而随着进口直径进一....

图3叶轮出口直径对人工心脏泵性能的影响

2)叶轮出口直径D2对人工心脏泵性能的影响如图3所示。由图3可知,效率随叶轮出口直径的增加而增加,当叶轮出口直径D2达到40.5mm时效率最高,之后随着叶轮出口直径的增加而降低;扬程[14]和NIH皆随叶轮出口直径的增加而增加。叶轮出口直径过大的取值会提高叶轮出口的绝对速度,....

图4叶片出口宽度对人工心脏泵性能的影响

3)叶片出口宽度b2对人工心脏泵性能的影响如图4所示。由图4可知,随着出口宽度b2的增加,心脏泵效率和扬程皆不断增加,而NIH值不断减小,其中b2在1.6～2mm区间内时NIH降低幅度较小,在2～2.4mm区间内时NIH降低幅度较大。造成这种变化规律的原因主要是,出口宽度的....

本文编号：3980946