清华大学学报(自然科学版)

作者：简萌, 张明奎, 黄健兵, 罗先武

单位：1. 清华大学 能源与动力工程系, 北京 100084;<br>2. 清华大学 第一附属医院, 北京 100016;<br>3. 清华大学 临床医学院, 心血管组织工程与生物材料实验室, 北京 100084;<br>4. 广州国家实验室, 广州 510005

关键词：体外膜肺氧合技术(ECMO),膜丝阵列,孔隙尺度,沉浸边界法,多组分气体耦合求解器

基金：广州实验室应急攻关项目(EKPG21-15)

为分析体外膜肺氧合技术(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)氧合器内膜丝排列方式对血液流动和气体输运的影响,该文选取某商用氧合器的轴截面为简化模型,采用基于沉浸边界(immersed boundary,IB)法的自编软件进行了稳态血液流动与多气体组分耦合输运的数值模拟。通过与商业计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件Fluent计算结果、已有文献结果进行比较,验证了所采用的数值方法和自编软件具有适用性。计算结果表明：在一定的孔隙率下改变膜丝排列方式和膜丝倾斜角将影响轴向和径向渗透率,会明显改变血液流动和气体输运的性能;具有径向交错和大倾斜角的膜丝排列能避免出口段大尺度旋涡,降低血液损伤风险。进一步分析可知,ECMO气体输运性能主要受膜丝排列方式的影响,且增大倾斜角有利于提升交错阵列的气体输运效率。该文研究可为实际工程中广泛存在的三维孔隙尺度多相流动数值模拟提供一定参考,为ECMO结构优化、临床运行中参数调整提供科学依据。

来源：2023年第11期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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