轴流式血泵热流耦合 温度场仿真

血泵主要用于给心衰病人提供心室功能辅助，通过机械性的旋转运动，给机体循环提供必要支持，保证和改善组织灌注，减少心肌耗氧，使心脏得以休养和恢复。但是血泵在长时间高速运转时可能产生较高的温升，导致红细胞正常功能受损，从而出现溶血问题。

血泵各部分与血液的接触面存在对流换热，考虑到两者的耦合关系，流体仿真时需要把固体以及固体热源加入到流体仿真软件中，从而将血液与血泵的对流换热数值加载到固体温度场仿真的边界条件中，实现血泵三维温度场的仿真求解分析。

血泵三维整体模型分为两个部分，一个是驱动电机部分：包括定子铁芯、定子绕组、永磁转子以及定子外壳；另一个是血液流动区域：包括前后导轮及其导叶、旋转叶轮、轴承以及泵壳。血泵结构如图1所示。

利用商用流体仿真软件进行相关边界条件的设定，主要包括材料属性、湍流模型、进出口边界条件、转速以及对流换热系数等，其中血泵各部分的材料特性参数如表1所示。各部分热源的生热率通过商用热仿真软件计算，并与流体仿真模块进行耦合。

血泵的流量为4L/min，入口速度为0.308m/s，血液环境温度设为37℃，叶轮转速为9000rpm，泵外壳对流换热系数为14.2W/(m2•℃)，计算求解，得到血泵温度场分布如图2所示。

其中，血泵温度最高区域达到49.635℃，血液在紧贴血泵外壳区域达到最高44℃，而在血泵与导轮及叶轮接触面附近的区域，由于叶轮本身发热较小，且流速较大，血液对流换热作用明显，因此该部分血液温度温升较小，接近环境温度37℃。

[1] 陈洪欢,云忠,胡及雨.基于热流耦合的轴流式血泵温升影响因素研究[J].中国医学物理学杂志,2020,37(10):1281-1286.

原文链接：

https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2020&filename=YXWZ202010013&v=xu%25mmd2FMFoRc82tsQSp48UHlJzlpbzdahVKp93Gx7pC2AdmbVCQlk%25mmd2BUj2tRCjSdZgfyH