血流動(dòng)力學(xué)原理PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)12第一節(jié)第一節(jié) 流體的流動(dòng)流體的流動(dòng)v一、理想流體一、理想流體v二、穩(wěn)定流動(dòng)二、穩(wěn)定流動(dòng)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(diǎn)：流體的特點(diǎn)：流動(dòng)性、粘性流動(dòng)性、粘性和和可壓縮性可壓縮性流動(dòng)性：是流體最基本的特性流動(dòng)性：是流體最基本的特性粘性：即運(yùn)動(dòng)著的流體中粘性：即運(yùn)動(dòng)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(shí)際流體都是可壓縮的，特別是對氣實(shí)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(shí)際流體

2、：對于實(shí)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(dòng)的可流動(dòng)的氣體，氣體，在在比較小的壓強(qiáng)下比較小的壓強(qiáng)下，氣體密度變化很?。大w積變化氣體密度變化很?。大w積變化很小），此時(shí)的氣體的可壓縮性也可忽略。很?。藭r(shí)的氣體的可壓縮性也可忽略。所以：所以：流動(dòng)性流動(dòng)性是決定流體運(yùn)動(dòng)的主要因素是決定流體運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的次要因素是影響流體運(yùn)動(dòng)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(dòng)（二、穩(wěn)定流動(dòng)（ steady flow ） 液體質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過空間某一定點(diǎn)速度不隨時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過空間某一定點(diǎn)速度不隨時(shí)間改變的流動(dòng)間改變的流動(dòng)第4頁/共53頁6 對于一般流體：它的流速既是空間坐標(biāo)的函數(shù)對于一般流體：它的流速既是空間坐標(biāo)的函數(shù)又是時(shí)間的函數(shù)，即：又是時(shí)間的函數(shù)，即：( , , , )f x y z t=v 流場：流場：流體中的每一點(diǎn)的流速隨空間的分布稱流體中的每一點(diǎn)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(diǎn)流體質(zhì)元的流速不隨時(shí)間變化，如果空間任意點(diǎn)流體質(zhì)元的流速不隨時(shí)間變化，則這種流動(dòng)叫

4、則這種流動(dòng)叫定常流動(dòng)定常流動(dòng)，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(yùn)動(dòng)的流體中取一橫截面，經(jīng)過該截面周在運(yùn)動(dòng)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(gè)管狀體，這個(gè)管狀體就叫流管界的流線就組成一個(gè)管狀體，這個(gè)管狀體就叫流管。 定常流動(dòng)的流體，流管中的流體只能在流管中流定常流動(dòng)的流體，流管中的流體只能在流管中流動(dòng)而不會(huì)流出管外，流管外的流體也不會(huì)流入管內(nèi)動(dòng)而不會(huì)流出管外，流管外的流體也不會(huì)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(shí)間內(nèi)通過某一流管內(nèi)任意橫截面的單位時(shí)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(dòng)的流體，：對于不可壓縮的定常流動(dòng)的流體，在某一流管中取兩個(gè)與流管垂直的截面在某一流管中取兩個(gè)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(dòng)做定常流動(dòng)時(shí)，流時(shí)，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(diǎn)的密度不可壓縮的均勻流體，各點(diǎn)的密度 是個(gè)常量。是個(gè)常量。第9頁/共53頁11 所以：所以：單位時(shí)間單位時(shí)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(zhì)量是常量，因此連續(xù)性方程說明流體在流動(dòng)體質(zhì)量是常量，因此連續(xù)性方程說明流體在流動(dòng)中質(zhì)量守恒中質(zhì)量守恒2211SS 實(shí)際上輸送理想流體的剛性管道可視為流管，若實(shí)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(dòng)形態(tài)：層流、湍流、過渡流動(dòng)1.層層流：流：流體分層流動(dòng)，相鄰兩層流體間只作相對滑動(dòng)，流層間沒有橫向混雜。第三節(jié) 黏性流體的流動(dòng)甘油緩慢流動(dòng)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(dòng)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(gè)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(zhuǎn)變的判據(jù)vrRe 實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律粘性流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一、粘性流體的伯努利方程在討論粘性流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，可壓縮性仍可忽略，但其粘性必須考慮。采用與推導(dǎo)伯努利方程相同的方法，考慮流體要克服粘性力做功，其機(jī)械能不斷減少并轉(zhuǎn)化為熱能，可以得到EghvPghvP222212112121粘性流體作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的伯努利方程E 單位體積的不可壓縮的粘性流體流動(dòng)時(shí)， 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(xì)管中作穩(wěn)定流動(dòng)，21hh 21vv EPP2121PP 因此，若使粘性流體在水平等粗管中作穩(wěn)定流動(dòng)，細(xì)管兩端必須維持一定的壓強(qiáng)差。若粘性流體在開放的等粗細(xì)管中作穩(wěn)定流動(dòng)，021PPP21vv Eghgh21因此，細(xì)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(dòng)時(shí)，如果雷諾數(shù)不大，則流動(dòng)的形態(tài)是層流。要想維持液體的穩(wěn)定流動(dòng)，管子兩端必須維持一定的壓強(qiáng)差。1. 泊肅葉定律實(shí)驗(yàn)證明：在水平均勻細(xì)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(qiáng)差 成正比。p即LPRQ84R 管子半徑 流

10、體粘度L 管子長度P 壓強(qiáng)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(yùn)動(dòng)時(shí)將受到粘性阻力作用，若物體的運(yùn)動(dòng)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(dāng)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(shí)，它所受力gRG334gRf334浮vRf6當(dāng)三力達(dá)到平衡時(shí)，小球?qū)⒁詣蛩俣?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(yīng)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(dòng)血液在循環(huán)系統(tǒng)中的流動(dòng)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(xì)胞白細(xì)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(yīng)力：只有當(dāng)切應(yīng)力超過某一數(shù)值后，才發(fā)生流動(dòng)，低于這一數(shù)值則不發(fā)生流動(dòng)。能夠引起流體發(fā)生流動(dòng)的最

12、低切應(yīng)力值叫屈服應(yīng)力或致流應(yīng)力。 具有粘彈性 具有觸變性在一定的切應(yīng)力作用下，血液粘度會(huì)隨著切應(yīng)時(shí)間的推移而降低，如果切應(yīng)的時(shí)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(shí)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(dòng)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(cè)壓強(qiáng)。1收縮壓 舒張壓 脈壓2平均動(dòng)脈壓 ：一個(gè)心動(dòng)周期中動(dòng)脈血壓的平均值。P TdttPTP01 注意：平均動(dòng)脈壓并不是收縮壓和舒張壓的平均值，平時(shí)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