血流動力學原理PPT學習教案

1、會計學12第一節(jié)第一節(jié) 流體的流動流體的流動v一、理想流體一、理想流體v二、穩(wěn)定流動二、穩(wěn)定流動v三、連續(xù)性方程三、連續(xù)性方程第1頁/共53頁3v流體的特點：流體的特點：流動性、粘性流動性、粘性和和可壓縮性可壓縮性流動性：是流體最基本的特性流動性：是流體最基本的特性粘性：即運動著的流體中粘性：即運動著的流體中速度不同的各流體層速度不同的各流體層之之間間 存在著存在著沿切向沿切向的粘性阻力（內(nèi)摩擦力）的粘性阻力（內(nèi)摩擦力）可壓縮性：可壓縮性：實際流體都是可壓縮的，特別是對氣實際流體都是可壓縮的，特別是對氣體體一、理想流體（一、理想流體（ideal liquid） 第2頁/共53頁4 對于實際流體

2、：對于實際流體： 1 1、像水和酒精的粘性很小，氣體的粘性更小、像水和酒精的粘性很小，氣體的粘性更小 2 2、一般液體的可壓縮性很小、一般液體的可壓縮性很小氣體的可壓縮性比較大，但對于氣體的可壓縮性比較大，但對于可流動的可流動的氣體，氣體，在在比較小的壓強下比較小的壓強下，氣體密度變化很?。大w積變化氣體密度變化很?。大w積變化很?。?，此時的氣體的可壓縮性也可忽略。很?。?，此時的氣體的可壓縮性也可忽略。所以：所以：流動性流動性是決定流體運動的主要因素是決定流體運動的主要因素 可壓縮性和粘性可壓縮性和粘性是影響流體運動的次要因素是影響流體運動的次要因素理想流體：絕對不可壓縮、完全沒有粘滯性的流體

3、理想流體：絕對不可壓縮、完全沒有粘滯性的流體 第3頁/共53頁5二、穩(wěn)定流動（二、穩(wěn)定流動（ steady flow ） 液體質點經(jīng)過空間某一定點速度不隨時液體質點經(jīng)過空間某一定點速度不隨時間改變的流動間改變的流動第4頁/共53頁6 對于一般流體：它的流速既是空間坐標的函數(shù)對于一般流體：它的流速既是空間坐標的函數(shù)又是時間的函數(shù)，即：又是時間的函數(shù)，即：( , , , )f x y z t=v 流場：流場：流體中的每一點的流速隨空間的分布稱流體中的每一點的流速隨空間的分布稱為為流體速度場流體速度場。 如果空間任意點流體質元的流速不隨時間變化，如果空間任意點流體質元的流速不隨時間變化，則這種流動叫

4、則這種流動叫定常流動定常流動，則：，則：( , , )f x y z=v第5頁/共53頁7第6頁/共53頁B B、流管：流管：在運動的流體中取一橫截面，經(jīng)過該截面周在運動的流體中取一橫截面，經(jīng)過該截面周界的流線就組成一個管狀體，這個管狀體就叫流管界的流線就組成一個管狀體，這個管狀體就叫流管。 定常流動的流體，流管中的流體只能在流管中流定常流動的流體，流管中的流體只能在流管中流動而不會流出管外，流管外的流體也不會流入管內(nèi)動而不會流出管外，流管外的流體也不會流入管內(nèi). .第7頁/共53頁9 三、連續(xù)性方程三、連續(xù)性方程 流量：流量：單位時間內(nèi)通過某一流管內(nèi)任意橫截面的單位時間內(nèi)通過某一流管內(nèi)任意橫

5、截面的流體的體積叫做該橫截面的流體的體積叫做該橫截面的體積流量體積流量，簡稱，簡稱流量，流量，用用Q表示。表示。 單位：單位： 量綱：量綱：13TLsm /3平均流速平均流速 ，SQ/第8頁/共53頁10 連續(xù)性方程連續(xù)性方程：對于不可壓縮的定常流動的流體，：對于不可壓縮的定常流動的流體，在某一流管中取兩個與流管垂直的截面在某一流管中取兩個與流管垂直的截面s1 和和s2，流，流體在兩截面處的流速分別為：體在兩截面處的流速分別為： 和和 ，流量分別，流量分別為為Q1和和Q2 ，則有：，則有：Q1Q2 212211SS連續(xù)性方程連續(xù)性方程所以：所以： 該式表明：該式表明：不可壓縮不可壓縮的流體的流

6、體做定常流動做定常流動時，流時，流管的橫截面與該處平均流速的乘積為一常量。對于管的橫截面與該處平均流速的乘積為一常量。對于不可壓縮的均勻流體，各點的密度不可壓縮的均勻流體，各點的密度 是個常量。是個常量。第9頁/共53頁11 所以：所以：單位時間單位時間內(nèi)流過任一截面的流管內(nèi)的流內(nèi)流過任一截面的流管內(nèi)的流體質量是常量，因此連續(xù)性方程說明流體在流動體質量是常量，因此連續(xù)性方程說明流體在流動中質量守恒中質量守恒2211SS 實際上輸送理想流體的剛性管道可視為流管，若實際上輸送理想流體的剛性管道可視為流管，若管有分支，則不可壓縮流體在各分支管中的流量之管有分支，則不可壓縮流體在各分支管中的流量之和等

7、于總流量，則連續(xù)性方程為：和等于總流量，則連續(xù)性方程為：nnSSSS.221100第10頁/共53頁12第11頁/共53頁13第12頁/共53頁14第13頁/共53頁15第14頁/共53頁16第15頁/共53頁17粘性流體的流動形態(tài)：層流、湍流、過渡流動1.層層流：流：流體分層流動，相鄰兩層流體間只作相對滑動，流層間沒有橫向混雜。第三節(jié) 黏性流體的流動甘油緩慢流動層流示意圖第16頁/共53頁18第17頁/共53頁19第18頁/共53頁20第19頁/共53頁21第20頁/共53頁22第21頁/共53頁23第22頁/共53頁24三、雷諾數(shù) 決定粘性流體在圓筒形管道中流動形態(tài)的因素：速度v、密度、粘

8、度、管子半徑 r 雷諾提出一個無量綱的數(shù)雷諾數(shù)雷諾數(shù)作為流體由層流向湍流轉變的判據(jù)vrRe 實驗證明：1000eR層流15001000eR過渡流1500eR湍流第23頁/共53頁25第24頁/共53頁26第25頁/共53頁27第四節(jié)第四節(jié) 粘性流體的運動規(guī)律粘性流體的運動規(guī)律一、粘性流體的伯努利方程在討論粘性流體的運動規(guī)律時，可壓縮性仍可忽略，但其粘性必須考慮。采用與推導伯努利方程相同的方法，考慮流體要克服粘性力做功，其機械能不斷減少并轉化為熱能，可以得到EghvPghvP222212112121粘性流體作穩(wěn)定流動時的伯努利方程E 單位體積的不可壓縮的粘性流體流動時， 克服粘性力所做的功或損失

9、的能量。第26頁/共53頁28若粘性流體在水平等粗細管中作穩(wěn)定流動，21hh 21vv EPP2121PP 因此，若使粘性流體在水平等粗管中作穩(wěn)定流動，細管兩端必須維持一定的壓強差。若粘性流體在開放的等粗細管中作穩(wěn)定流動，021PPP21vv Eghgh21因此，細管兩端必須維持一定的高度差。兩種特殊情況：第27頁/共53頁29不可壓縮的牛頓流體在水平等粗圓管中作穩(wěn)定流動時，如果雷諾數(shù)不大，則流動的形態(tài)是層流。要想維持液體的穩(wěn)定流動，管子兩端必須維持一定的壓強差。1. 泊肅葉定律實驗證明：在水平均勻細圓管內(nèi)作層流的粘性流體，其體積流量與管子兩端的壓強差 成正比。p即LPRQ84R 管子半徑 流

10、體粘度L 管子長度P 壓強差第28頁/共53頁30第29頁/共53頁31第30頁/共53頁32第31頁/共53頁33第32頁/共53頁34第33頁/共53頁351、斯托克斯定律固體在粘性流體中運動時將受到粘性阻力作用，若物體的運動速度很小，它所受的粘性阻力可以寫為vlkf比例系數(shù) k 由物體形狀決定。對于球體，若半徑為 R ，則 k = 6 ，vRf6 斯托克斯定律第34頁/共53頁362、收尾速度（沉降速度）當半徑為 R 、密度為 的小球在粘度為 、密度為 （ ） 的粘性流體中豎直下落時，它所受力gRG334gRf334浮vRf6當三力達到平衡時，小球將以勻速度 下落，Tv由 即ffG浮Rv

11、gRgRT6343433可得922gRvT 收尾速度（沉降速度）第35頁/共53頁37應用： 在已知 R、 、 的情況下，只要測得收尾速度便可以 求出液體的粘滯系數(shù) 。 在已知 、 、 的情況下，只要測得收尾速度便可以 求出球體半徑 R 。922gRvT第36頁/共53頁38第五節(jié)第五節(jié) 血液在循環(huán)系統(tǒng)中的流動血液在循環(huán)系統(tǒng)中的流動一、血液的組成及特性一、血液的組成及特性1、組成血液血漿血球紅細胞白細胞血小板99.9%0.1%血液是非牛頓流體，其粘度不是常數(shù)。第37頁/共53頁392、特性 具有屈服應力：只有當切應力超過某一數(shù)值后，才發(fā)生流動，低于這一數(shù)值則不發(fā)生流動。能夠引起流體發(fā)生流動的最

12、低切應力值叫屈服應力或致流應力。 具有粘彈性 具有觸變性在一定的切應力作用下，血液粘度會隨著切應時間的推移而降低，如果切應的時間足夠長，粘度下降到一定程度后則不再降低。血液粘度隨切變時間延長而降低的這種特征稱為血液的觸變性 第38頁/共53頁401血液在血管中的流動基本上是連續(xù)的。2脈搏波：傳播速度約為 810 m/s，它與血液的流速不同。截面積S是指同類血管的總截面積。流速v是指截面上的平均流速。說明：第39頁/共53頁41血壓是血管內(nèi)血液對管壁的側壓強。1收縮壓 舒張壓 脈壓2平均動脈壓 ：一個心動周期中動脈血壓的平均值。P TdttPTP01 注意：平均動脈壓并不是收縮壓和舒張壓的平均值，平時常用舒張壓加上1/3脈壓來估算。- =第40頁/共53頁423 全部血液循環(huán)系統(tǒng)的血壓變化曲線由于血液是粘性流體，故血壓在體循環(huán)過程中是不斷下降