本课题系与澳大利亚昆士兰科技大学的合作项目内容，是在江苏省高校优势学科建设工程资助下开展的研究工作。　　 从过去的50年以来，由于心脏移植供体的短缺引起了人工心脏辅助的快速发展。科学家、工程师和临床医学家们试图用一个人工机械装置来取代自然心脏的功能。尽管目前许多人工搏动式装置已经得到了快速发展并在临床应用中得到了一些运用，但是它们仍然无法达到与心脏移植相同的效果。而在发展合适的自然心脏替代装置过程中，目前的主要研究方向是在不整个替代自然心脏的状况下，用在一旁工作的人工机械装置来辅助心脏的泵血功能。虽然许多同类型的装置已经能够成功辅助衰竭的心脏左心室，可是据相关研究发现其中很大一部分患者需要再移植额外的人工装置来辅助逐渐衰竭的心脏右心室。如果采用两个分开的装置进行人工心脏机械辅助，这会增加心脏手术的时间，以及增加患者的手术风险，而且由于目前人工辅助装置的尺寸限制，使得该项技术很难应用在身材较小的患者身上。　　 本文的主要研究内容是设计和开发一种新型的双心室离心式心脏泵，通过对心脏泵内部流场进行数值模拟分析，初步揭示在不同叶轮条件下的心脏泵内部血液流动特性，以及泵的整体结构性能，从而初步选择一种性能最优的叶轮形状作为离心式心脏泵的叶轮结构，为进一步研究和试验奠定基础。本文的主要工作和研究成果如下:　　 (1)总结人工心脏泵在国内外的研究进展，包括全人工心脏和心室辅助装置的发展和应用等，并重点介绍了在人工心脏发展过程中遇到的溶血和血栓等主要问题，及其产生的原因和所造成的影响。　　 (2)通过借鉴普通离心泵的水力设计思虑和研究方法，结合心脏泵的特定要求，对离心式心脏泵的整体结构进行设计，对主要过流部件进行尺寸计算，包括进口管、叶轮、泵腔以及蜗壳。并且选用五种不同形式的叶轮，在Pro/E软件中对所有部件进行建模。　　 (3)采用Fluent软件对心脏泵进行数值模拟，对不同转速、不同出口后负荷、不同叶轮形状和不同叶片数的多个计算结果进行分析比较，得到转速和叶轮形状与心脏泵输出压力之间的关系。结果显示在给定泵输出流量的情况下，影响其输出压力的各因素中，叶轮转速对其影响最大，叶片的数目和形状对其输出特性也有一定的影响，而出口后负荷变化的影响可以忽略不计。因此基于叶轮形状和转速对心脏泵输出性能的影响，从达到额定输出压力而叶轮转速最小的角度出发，六圆柱叶轮为离心式心脏泵的最优选择。并且根据左泵的实际输出压力要求，得到左泵的实际叶轮转速大小;及通过泵的相似定律，得出右泵达到压力输出条件下的叶轮转速。　　 (4)对达到输出压力要求的心脏泵进行了定常数值计算和内部流场分析，主要包括内部流场速度分布、湍流动能分布和切应力分布。结果显示本文研究的离心式心脏泵内部没有出现明显的流动死水区，满足了心脏泵的抗血栓要求。同时，通过研究流场切应力分布发现，泵的局部最大切应力在100Pa以下，满足了抗溶血性能的要求。　　 (5)以定常计算结果为初始值，对心脏泵进行非定常数值计算和流场分析，主要包括进口的流量变化，叶轮的扭矩变化，转子和定子的轴向力与径向力变化。计算结果显示不同叶轮形状的心脏泵进口流量变化幅度不大，进口流动状况良好，流量稳定。且由于在相同条件下六叶片叶轮心脏泵的叶轮扭矩数值比四叶片叶轮的小，因此应该优先选择六叶片叶轮。通过轴向力与径向力研究发现，由于该离心式心脏泵采用对称的结构设计，包括对称的叶轮设计，因而能够很好地平衡泵整体的轴向力，提高了泵的轴向触碰特性。因此新型的双心室心脏泵能够同时辅助左心室和右心室的泵血功能，且内部流场特性良好，这种结构设计有可能成为将来全人工心脏模型的雏形。