演示文稿粘性流體的流動(dòng)及規(guī)律

演示文稿粘性流體的流動(dòng)及規(guī)律當(dāng)前第1頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)（優(yōu)選）粘性流體的流動(dòng)及規(guī)律當(dāng)前第2頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)一、層流、湍流（laminarflow

、turbulentflow)當(dāng)前第3頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)流動(dòng)的液體，實(shí)際分成許多平行與管壁的薄圓桶狀薄層，各層之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

層流示意圖

甘油緩慢流動(dòng)

層流

管內(nèi)的甘油的流動(dòng)是分層的，這種流動(dòng)稱為層流（laminarflow）當(dāng)前第4頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)

流體層流時(shí)，流動(dòng)穩(wěn)定，相鄰各層以不同的速度作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，彼此不相混合。

這對(duì)作用力即為流體的內(nèi)摩擦力，也稱為黏性力。流體的黏性力當(dāng)前第5頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)湍流

黏性流體作層流時(shí)，層與層之間僅作相對(duì)滑動(dòng)而不混合。但當(dāng)流速逐漸增大到某種程度時(shí)，層流的狀態(tài)就會(huì)被破壞，出現(xiàn)各流層相互混淆，外層的流體粒子不斷卷入內(nèi)層，流動(dòng)顯得雜亂而不穩(wěn)定，甚至?xí)霈F(xiàn)渦旋，這種流動(dòng)稱為湍流（turbulentflow）。

核爆蘑菇云

火山爆發(fā)當(dāng)前第6頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)

流體在作湍流時(shí)，能量消耗比層流多，湍流與層流的主要區(qū)別之一是湍流能將一部分能量轉(zhuǎn)化為聲能（噪聲），這在醫(yī)學(xué)上具有實(shí)用價(jià)值。

利用湍流的這一特性，醫(yī)生能用聽(tīng)診器辨別出血流的非正常情況，從而診斷某些心血管疾患；通過(guò)聽(tīng)取支氣管、肺泡呼吸音的正常與否，診斷肺部疾病。測(cè)量血壓時(shí)，在聽(tīng)診器中聽(tīng)到的聲音，也是血液通過(guò)被壓扁的血管時(shí)，產(chǎn)生湍流所發(fā)生的。當(dāng)前第7頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)

雷諾（O·Reynolds）最早對(duì)湍流現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)研究，1883年他通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了流體在自然界存在兩種迥然不同的流態(tài)，層流和湍流。

雷諾

(OsborneReynolds1842-1912)英國(guó)力學(xué)家、物理學(xué)家、工程師。雷諾在流體力學(xué)方面最主要的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)流動(dòng)的相似性原理。二、雷諾數(shù)(Reynoldnumber)（Re）：當(dāng)前第8頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)定義：雷諾數(shù)沒(méi)有量綱說(shuō)明：（5點(diǎn)）在幾何形狀相似的管道中流動(dòng)的流體，不論它們的v(液體的平均流速）、r、

、（液體密度）如何，只要Re相同，它們的流動(dòng)類型就相同。Re<1000時(shí)，流體流動(dòng)為層流；Re>1500時(shí)，流體流動(dòng)為湍流；1000<Re<1500時(shí)，流動(dòng)不穩(wěn)定；當(dāng)前第9頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)Re

<<1Re=1.54Re>9.6Re=2000

不同雷諾數(shù)的圓柱繞流流場(chǎng)當(dāng)前第10頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)在流量一定的情況下，v∝1/s；v∝1/πr2；Re∝ρ/ηr流體的黏度愈小,密度愈大,流速愈大,管半徑愈大,愈容易發(fā)生湍流.當(dāng)前第11頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)三、牛頓黏滯定律(Newtonianviscositylaw)

黏性流體作層流時(shí)，速度的逐層變化可以用速度梯度來(lái)定量表示。

相距x的兩流層的速率差為v，則表示這兩層之間的速率變化率。

稱為沿x方向（與流速方向垂直）的速率梯度。黏性流體的流動(dòng)1.速度梯度(velocitygradient)速率梯度：當(dāng)前第12頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)2.內(nèi)摩擦力流體作層流時(shí)，相鄰的兩層流體作相對(duì)滑動(dòng)，兩層之間存在著切向的相互作用力-------內(nèi)摩擦力或黏滯力（internalfriction）。內(nèi)摩擦力是由分子間的相互作用力引起的。內(nèi)摩擦力的作用是阻礙兩流體層相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)前第13頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)內(nèi)摩擦力的方向：與流體層平行，是切向力

η：黏度（viscosity）或黏性系數(shù)，是反映流體黏性的宏觀物理量。取決于流體的性質(zhì)，并與溫度有關(guān)。3.牛頓黏滯定律(Newtonianviscositylaw)實(shí)驗(yàn)證明內(nèi)摩擦力的大小：牛頓黏滯定律S：兩流體層間的接觸面積當(dāng)前第14頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)液體的黏滯系數(shù)隨溫度的升高而降低氣體的黏滯系數(shù)隨溫度的升高而增加4.黏度（viscosity）（黏滯系數(shù)）⑴單位：N·s·m-2或Pa·s（帕·秒）；

P（Poise,泊）1P=0.1Pa·s⑵黏度的大小取決于流體的性質(zhì)，并受溫度的影響。幾種流體的黏度當(dāng)前第15頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)幾種流體的黏度流體溫度(C)黏度(10-5Pa?s)流體溫度(C)黏度(10-5Pa?s)空氣01.71水01.8201.82370.691002.711000.3氫氣200.88甘油208.302511.3026.54.94二氧化碳201.47血液373.0~5.01001.83血漿371.0~1.42502.45血清370.9~1.2當(dāng)前第16頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)5.牛頓流體(Newtonianfluid)牛頓流體：遵循牛頓黏滯定律的流體稱為牛頓流體。如水和血漿。非牛頓流體：不遵循牛頓黏滯定律的流體稱為非牛頓流體。當(dāng)前第17頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)1840年泊肅葉通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明，在水平均勻的細(xì)長(zhǎng)玻璃圓管內(nèi)作層流的不可壓縮粘性流體，其體積流量Q與管道兩端壓強(qiáng)梯度及管半徑R的四次方成正比，即

泊肅葉（J.L.M.Poiseuille1799—1869）法國(guó)生理學(xué)家。他在巴黎綜合工科學(xué)校畢業(yè)后，又攻讀醫(yī)學(xué)，長(zhǎng)期研究血液在血管內(nèi)的流動(dòng)?！缎」軓絻?nèi)液體流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究》一文對(duì)流體力學(xué)的發(fā)展起了重要作用。

四、泊肅葉定律（Poiseuillelaw)當(dāng)前第18頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)

由圖可知，要使管內(nèi)的黏性液體作勻速運(yùn)動(dòng)，必須有外力來(lái)抵消液體的內(nèi)摩擦力，這個(gè)外力就是來(lái)自管道兩端的壓強(qiáng)差。均勻水平管中黏性流體的壓強(qiáng)分布當(dāng)前第19頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)流量泊肅葉定律1.表達(dá)式2.討論⑴物理意義：Q∝Δp，Δp是推動(dòng)流體勻速流動(dòng)的動(dòng)力；Q∝1/η，流體粘性愈大，流體愈不容易流動(dòng)。⑵流阻（flowresistance）則泊肅葉公式為當(dāng)前第20頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)

這與電學(xué)中的歐姆定律相似，且具有和電阻相同的串并聯(lián)公式。當(dāng)多個(gè)等截面水平管串聯(lián)或并聯(lián)時(shí)，其總流阻分別為：串聯(lián)：并聯(lián)：

醫(yī)學(xué)上常用這些公式對(duì)心血管系統(tǒng)的心排量、血壓降、外周阻力之間的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行近似的分析關(guān)于流阻：當(dāng)前第21頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)（4）管道不水平的情況下的泊肅葉公式⑶適用范圍：水平均勻細(xì)管；層流。當(dāng)h=0,則當(dāng)前第22頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)理想流體：S不變，v不變

h不變

p不變-------總能量不變。實(shí)際流體：

v不變

h不變

p減小-------總能量減小。五、粘性流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

當(dāng)前第23頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)P1＞p2，在水平細(xì)管的兩端，必須維持一定的壓強(qiáng)差，才能使粘性流體作勻速流動(dòng)。———粘滯流體作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的伯努利方程ω為單位體積的流體從1流動(dòng)到2時(shí)，克服內(nèi)摩擦力所做的功當(dāng)前第24頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)沿程能量損失局部能量損失當(dāng)前第25頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)1851年斯托克斯研究了小球在粘性很大的液體中緩慢運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的阻力問(wèn)題,給出計(jì)算阻力的公式六、斯托克斯定律斯托克斯(G.G.Stokes,1819-1903)英國(guó)力學(xué)家、數(shù)學(xué)家.當(dāng)前第26頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)1.定律表述物體是球形，且流體對(duì)于球體作層流運(yùn)動(dòng)，則球體所受的阻力為：R—球體半徑v—球體相對(duì)流體的速度η—流體的粘度當(dāng)前第27頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)2.終極速度(terminalvelocity)

收尾速度（terminalvelocity）沉降速度（sedim