PediaFlow儿科心室辅助装置定子叶片的自动化CFD形状优化
流体动力学
2022-11-09 v1 组织与器官
摘要
PediaFlow是一种用于新生儿和幼儿的微型混流心室辅助装置。PediaFlow拥有一个全磁悬浮转子，这提高了生物相容性，但转子长度的增加形成了一个长环形通道，导致流体能量损失。因此，在叶轮级之后立即提出了一组螺旋定子叶片，以消除旋流并将动压头恢复为静压。通过自动化计算流体动力学（CFD）形状优化对定子叶片进行了优化，以在1.5 LPM和16,000 RPM的工作点最大化压力恢复。此外，使用数值模拟评估了对溶血和血栓形成性的影响。优化算法倾向于使用更少但更长的叶片，而非更多短叶片。包角与轴向长度之比成为确保设计可行性的关键约束。最佳设计有2个叶片，在孤立级中产生了73 mmHg的压力恢复。当重新引入完整流道的CFD模拟时，增加的定子级使泵扬程提高了46%，并将泵效率从21.9%提高到25.7%（在选定工作点）。自动化CFD形状优化结合血液相容性的计算机模拟评估，可以成为探索设计选择和指导早期开发过程的有效工具。
引用
@article{arxiv.2211.04401,
title = {Automated CFD shape optimization of stator blades for the PediaFlow pediatric ventricular assist device},
author = {Mansur Zhussupbekov and Greg W Burgreen and Jeongho Kim and James F Antaki},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.04401},
year = {2022}
}