摘要：人工心脏经过几十年的发展,已逐步发展为当前的磁悬浮血泵,实现了产品植入胸腔以及大规模临床应用的革命性进步,成为治疗心衰这一世界重大卫生公共问题的有效手段。尽管如此,高达89%的患者5年内因胃肠道出血、中风、感染、血泵功能异常等问题再次入院。因此,需要继续研究多种血液成分的血液损伤机制;持续发展并综合运用数值模拟、体外台架测试、动物实验等手段,更全面地评价血泵性能;要继续对人工心脏进行创新设计来改善血液相容性、满足不同患者群体的需要和提升患者生活质量。本文回顾了2024年国内外血泵评价和设计方法的研究进展,包括血液损伤机制的研究进展;利用数值模拟、体外台架测试和动物实验评价血泵性能的研究进展;血泵优化设计、新概念血泵和生物涂层的研究进展,以期助力人工心脏的研发,进一步提高其临床治疗效益。

摘要：人工心脏(血泵)应兼具优良的水力学性能和血液相容性,血泵性能的提升依赖于良好的优化设计方法。本文对近年离心式血泵优化设计相关的工作进行总结,首先回顾数值模拟方法的进展,高保真度的流场数值模拟是进行血泵优化设计的先决条件;接着主要从叶轮、蜗壳、间隙等方面概括优化设计的参数敏感性研究;总结优化设计常用的几种方法,包括参数敏感性研究、正交优化、机器学习/遗传算法、拓扑优化;最后提出血泵优化设计的展望及存在的挑战。研究结果可为未来的血泵优化设计工作提供有益的借鉴和参考。

摘要：为了探究叶轮与蜗壳的上盖板间隙、下盖板间隙改变对风机性能的影响,分析风机性能改善的内部流场机理,获得静压效率更高的风机,将正交试验设计方法、CFD技术和试验验证等相结合,发展了一种基于正交试验设计方法和CFD技术的离心风机优化方法,并将该方法应用于某工业离心风机的优化设计;将叶轮与蜗壳的上盖板间隙、下盖板间隙和叶片前安装角作为3个独立因素,以静压效率为优化目标,基于该优化方法,对原风机进行多因素多水平的正交试验优化设计。结果表明,优化后风机的静压效率为77.29%,对比原风机静压效率提高了2.54%;叶轮与蜗壳上间隙对风机静压效率影响较大,优化后风机的湍流强度明显降低,二次流损失减小,风机气动性提高。

摘要：风机是传统行业的主要耗能原件。对风机进行优化设计,提升风机的静压效率对于节能环保具有重要的意义。迄今为止风机的优化设计更多聚焦叶轮结构,对于轮盖结构及间隙对风机性能影响的研究却很少。为提高一款工业离心式风机气动性能,通过实验和数值模拟的方法研究了轮盖结构与间隙以及前安装角对风机性能的影响,并对其进行了优化设计。首先,对风机进行测试,获得了风机的性能参数,研究了风机上盖板结构对风机性能的影响,发现平整上盖板能减少局部损失,提高效率。其次,通过数值模拟方法对风机进行参数敏感性试验,依据计算结果发现改变叶轮叶片前安装角以及叶轮与蜗壳之间的间隙对风机的气动性能均有不同影响,进而对风机进行结构改进。结果表明,改进后的风机气动性能明显改善,静压效率整体提高3%。可见,该离心风机蜗壳上盖板结构不够合理,改进蜗壳结构的风机能有效减少蜗壳不平带来的二次流损失,改进风机蜗壳与叶轮间隙可以有效缓解风机由于内泄露带来的能量损失,改进叶轮叶片前安装角可以减小因内泄露导致的叶轮底部流量增大、安装角与气流角的偏差。

摘要：目的基于新型磁悬浮Taylor-Couette血液剪切装置研究血管性血友病因子(von Willebrand Factor,VWF)的损伤规律。方法设计磁悬浮Taylor-Couette血液剪切装置,并搭建血液剪切平台:使用猪血在稳定层流状态下进行1 h循环测试;通过免疫蛋白印迹法和酶联免疫反应分析样品,评估血液VWF损伤。结果随着暴露时间或剪切应力的增加,与初始样品相比,有大量高分子量VWF多聚体降解为低分子量VWF,减少率最高可达56.9%。当剪切应力从18 Pa增加到55 Pa时,VWF活性与VWF抗原比值从45.7%降低到32.8%。结论VWF损伤主要表现为高分子量VWF减少和VWF活性降低,VWF总含量并未产生明显变化。该新型磁悬浮Taylor-Couette血液剪切装置能够定量控制相关参数(暴露时间和剪切应力),用于体外血液损伤研究,从而为体外膜肺氧合器和血泵的设计与优化提供参考。

摘要：光催化二氧化碳(CO_(2))还原制液体燃料和高值化学品技术不仅能充分利用可再生能源太阳光,实现化学储能;更重要的是,此技术以温室气体CO_(2)为原料,因此可以减缓全球温室效应,构造人工碳循环。然而,光催化CO_(2)还原制液体燃料和高值化学品反应过程中面临诸多挑战:(1)CO_(2)分子吸附和活化过程困难;(2)(高附加值)碳产物选择性低;(3)产物生成后易发生其他副反应导致催化剂失活或产物选择性下降。受到以上三个挑战的制约,目前的反应效率较低,难以满足工业化应用。由于光催化CO_(2)向高值化学品的转化过程为质子耦合光生电子参与的还原反应,因此活性位点的电子密度会显著影响以上挑战的解决。然而,光催化CO_(2)还原过程涉及众多基元步骤,每个基元步骤对于活性位点的电子密度要求并不清晰,这导致无法有针对性设计高效的催化剂来促进光催化CO_(2)分子的有效活化及高选择性转化。本文综述了近期活性位点的电子密度变化对于CO_(2)分子吸附和活化过程、碳产物选择性调控和产物脱附及过氧化的影响规律,并总结了调控活性位点上电子密度的方法,旨在对未来设计高效光催化剂提供参考和理论依据。

摘要：光催化甲烷(CH_(4))直接转化制甲醇(CH_(3)OH)被誉为催化界的“圣杯反应”.然而,由于反应过程中目标产物容易发生过氧化反应,实现CH_(3)OH的定向转化仍然面临巨大挑战.本文通过溶剂热法和高温煅烧法成功地制备了不同晶相的Ga_(2)O_(3)光催化材料(α-Ga_(2)O_(3)和β-Ga_(2)O_(3)),并对其光催化CH_(4)直接转化制CH_(3)OH的性能进行评价.测试结果显示在室温常压,且不额外添加其他氧化剂的情况下,α-Ga_(2)O_(3)和β-Ga_(2)O_(3)表现出优异的光催化性能.相较于β-Ga_(2)O_(3),α-Ga_(2)O_(3)的光催化性能更优:反应2 h后,其CH_(4)转化率达4.5%,CH_(3)OH的生成速率与选择性分别高达372.8μmol/(g h)和82.7%.通过原位红外光谱(in situ DRIFTS)和原位电子自旋共振谱(in situ EPR)对反应机理进行了分析,发现Ga_(2)O_(3)的Ga和O分别是活化CH_(4)和水分子(H_(2)O)的活性位点.得益于Ga-O双功能活性位点的协同作用,CH_(4)和H_(2)O活化产生的·CH_(3)和·OH可以直接结合,促进了CH_(3)OH的定向生成.由于α-Ga_(2)O_(3)比β-Ga_(2)O_(3)展现出更强的活化H_(2)O的能力,α-Ga_(2)O_(3)表现出更优异的光催化CH_(4)直接转化制CH_(3)OH性能.本文为设计高效的CH_(4)直接转化制CH_(3)OH催化材料打开了新的思路.

摘要：目的现代离心血泵通常设计有二次流道,以此来避免流动死区并降低血栓形成的风险。由于二次流道的存在,高心血泵中二次流和淄流的强度一般都较高:传统的泵设计理论对带有二次流道的血泵将不再适用。对于这类血泵而言,通常不存在设计变量和主要水力学参数之间的经验关系。通过改变主要设计变量,优化带有二次流道的离心磁悬浮血液泵的水力学和溶血性能,重点是降低湍流和二次流动的强度。方法以前期课题组研发的离心式臌悬浮血泵为基础。

摘要：目的人工心脏(又称血泵)作为挽救患者生命的医疗装置,须尽可能地小和轻,不妨碍病人进行日常生活和运动。目前可穿戴式血泵系统往往关注生理控制、无线传能或远程监控等技术领域,而在血泵本身的结构设计过程中尚未考虑其可穿戴性.现有的体外血泵绝大部分为离心式血泵,进出口管道相互垂直,显著增加了管道的长度和占用空间,不利于穿戴。本研究的目的在于增强血泵的可穿戴性。方法在前期课题组研发的离心式做悬浮血泵基础上,设计一种便携式体外离心血泵。

摘要：目的迄今为止,雷诺平均方法(Reynols-average Navier-Stokes,RANS)是血泵内主流的淄流模拟方法与RANS方法相比,大涡模拟(larg-eddy simulation,LES)能更好的预测湍流流场的复杂结构。但是受限于巨大的计算成本,到目前为止,LES还没有被广泛用于辅助血泵的设计和优化。探索LES技术作为一种快速准确的工程方法来模拟旋转式血泵的潜力。