流体的运动ppt课件

医学物理学,Medicalphysics,周建莉,教学安排1.理论课：3-13周2.实验课：10-15周成绩组成1.理论课成绩2.实验课成绩3.平时成绩考试题型1.实验题（8分）2.正误判断题（每题2分，共24分）3.单选题（每题3分，共45分）4.计算题（共23分）关于自主学习,固体,气体、液体,流动性：介质质点相对位置的易变性流体(fluid)：气体、液体，具有流动性。,流体力学(fluidmechanics)：,流体静力学,流体动力学(hydrodynamics),第三章流体的运动,第一节理想流体稳定流动,一、理想流体(idealfluid),理想流体：绝对不可压缩、无粘滞性的流体，是一种理想模型。,1.流体的性质,A.流动性(fluidity),B.可压缩性(compressibility),C.粘滞性(viscosity),f,流体具有内摩擦力的性质,二、稳定流动,1.流线（streamline）,流线上各点的切线方向和流经该点的流体粒子的速度方向相同。,A,B,二、稳定流动,2.稳定流动(steadyflow),流场中各点的流速都不随时间变化，这样的流动称为稳定流动(steadyflow).,流场(流速分布):,A,B,流速、流线形状、流线分布都不随时间变化,正误判断题：在正确的表述前打“”，错误表述前打“”。（）在稳定流动的流场中，流经各点的流体粒子的流速相同。,流管,流管(tubeofflow),稳定流动的流体中，通过任一截面s周边各点的流线所组成的管状体,稳定流动流线及流管的特点,流线及流管的形状保持不变,流线不会相交,流管内外的流体都不会穿越管壁,三、连续性方程,在稳定流动的流体中取一细流管，,流入S1的液体质量,t时间内：,1S1v1t,流出S2的液体质量,2S2v2t,质量守恒原理,稳定流动条件,1S1v1t=2S2v2t,1S1v1=2S2v2或Sv=常量,连续性方程（continuityequation)，又称为质量流量守恒原理,稳定流动时，同一流管中任一截面处的流体密度、流速和截面积的乘积为一常量，即质量流量守恒。,单位时间流过S的流体质量,称为质量流量,Sv,方程的意义：,Sv=常量,S1v1=S2v2或Sv=常量,不可压缩流体：,1=2,1S1v1=2S2v2或Sv=常量,又称为体积流量守恒定理,Sv=Q=V体积/t称为体积流量,不可压缩流体在流管内作稳定流动时，单位时间内通过垂直于流管的任一截面的流体体积都相等,S1v1=S2v2或Sv=常量,不可压缩流体在流管内作稳定流动时，流体的流速和管的横截面积成反比。截面大处流速小，截面小处流速大,方程的意义,不可压缩的粘滞流体,分支管：,血流速度分布,血液在大动脉中流速最快，在毛细血管内流速最慢，？,血液可看作在血管中作稳定流动的不可压缩液体。,第二节伯努利方程,一、伯努利方程,外力作功：,机械能的改变量：,根据功能守恒：,理想流体作稳定流动时，在同一流管中，单位体积的动能、重力势能以及该点的压强之和为一常量。,由此得出：,方程的意义：,伯努利方程(Bernoullisequation,对水平管：,即：在水平管中流动的流体，流速小的地方压强大，流速大的地方压强小。,截面小处压强小，截面大处压强大,空吸作用,喷雾器,人靠近飞驶的火车会有被吸引的感觉，两只船航行时靠得太近，就会互相碰撞，不能吹开平行的两张纸,1、流量计,二、伯努利方程的应用,S1、S2两截面中心处的高度相等,故液体的流量为：,2、流速计,c、d两点同高,c点的流速即流体流动的速度,d点是“滞止区”,测气体速度的仪器（皮托管）,A、B两点近似看作同高点,：液体密度：气体密度,3、体位对血压的影响,流速不变(或为0)时，由伯努利方程知：P1+gh1=P2+gh2即P+gh=常量说明：高处流管内流体压强较小，而低处压强大。因此测量血压时一定要注意测量部位。,例：虹吸管,沿a、e流线列伯努利方程：,例.水在粗细均匀的虹吸管中稳定流动，下图中各点的压强关系是：AP1=P2=P3=P4；BP1=P4P2=P3；CP1P2P3P4；DP1P2=P3=P4。,计算题:如图所示,截面均匀的采气管采集CO2气体。若U型管中水柱高度差为2cm，采气管的截面积为10cm2，CO2气体的密度为2kg/m3,求：(1)采气管中CO2气体的流速；（2）1秒钟内所采集的CO2气体的体积。,粘性流体：流动时存在内摩擦力，表现出粘滞性的流体。,粘性流体的流动,一、层流和湍流,第三节粘性液体的流动,湍流,层流,(Laminarflow),（turbulentflow）,1、层流(又称片流),液体分层流动的运动状态。相邻两层流体之间只作相对滑动，流层之间没有混杂。,层流:,2、湍流turbulentflow（涡流）,流体的速度超过一定的数值时，流体将不再保持分层流动，流体的流动显得杂乱而不稳定，流体粒子不断摩擦、碰撞，形成旋涡，甚至发声、发热。,例：体循环中血液的流动状态：升主动脉、腔静脉段为湍流，其他段为层流。,例：心音、血压测量,二、牛顿粘滞定律,速度梯度:速度在X方向上的变化率,velocitygradient,牛顿粘滞定律,实验表明：,:粘度，又称粘滞系数、内摩擦系数.其大小由液体的性质决定，并与温度有关。,(internalfriction),(viscousforce),1P=0.1PaS,单位：帕斯卡秒(PaS)，P(泊),在生物力学中,切应力,切变率,雷诺数Re(Reynoldsnumber)是一个没有量纲的数，用来判断流体的流动状态,在圆管中流动的实际流体,二、雷诺数,一般来说:,Re1000，层流；,Re1500，湍流,1000Re1500，过渡流,例3-2,一、粘性流体的伯努利方程,第四节粘性流体的运动规律,单位体积的流体克服内摩擦力所作的功,对等截面水平管：,h1=h2,v1=v2,P1=P2+,只有P1P2才能使粘性流体在水平管中流动,则：,即沿流动的方向，粘性流体的压强逐渐降落。,返回,沿血流方向血压的降落,二、泊肃叶定律：,粘性流体在等粗水平圆管中作片流时，流速V在截面S上各点而异，速度：,1、速度分布,管轴（r=0）处流速最大：,管壁（r=R）处流速最小：,平均流速：,流速沿管径呈抛物线分布,实际流体在等粗水平圆管中作片流时，流量为：,2、流量,泊肃叶定律,公式的意义：粘性流体的流量与管半径R的四次方、管两端压强差P成正比，与管的长度、流体的粘度成反比。,其中Rf=8L/R4，称为流阻，医学上把Rf称为外周阻力，P为血压。,血压的降落和血压的分布,心输出量(血液流量)调节：,p的调节：神经（体液）调节R的调节：（血管舒张剂）尼莫地平、中药提取物阿魏酸钠血液粘度调节：阿司匹林,正误判断题：在正确的表述前打“”，错误表述前打“”。（）在血液的体循环过程中，从主动脉段到毛细血管段，主动脉段血流速度最快、流阻最大、血液压强降落也最快。,三、斯托克司定律(Stokeslaw),对球形物体，粘滞阻力为：,浮力,粘滞阻力,重力,设小球密度为、半径为R，液体密度为，达到平衡时：,V收尾速度或沉降速度,(自主学习),对于离心机：,例.用斯托克斯定律测量液体粘度时，所用的沉降物体及其在流体中下落的速度应为：A任何形状，任何速度；B球形物体，加速下落段；C小物体，下落很慢；D球形物体，匀速下落段。,第五节血液在循环系统中的流动,一、血液的组成及特性三、血流速度分布四、血流过程中血压的分布,(自主学习),理想流体的流动,小结,粘性流体的流动,层流,牛顿粘滞定律,湍流,泊肃叶定律,流体的运动,雷诺数,1、理想液体在半径为R的流管中以流速为v作稳定流动，将此管分为六个半径为R/3的分支流管，则液体在半径为R/3的分支流管中作稳定流动的流速为,A.v/6,C.v,D.6v,B.3v/2,B.3v/2,2、理想液体在一水平管中作稳定流动，截面积S、流速V、压强P之间的关系是：,A.S大处v小P小,B.S大处v大P大,C.S小处v大P小,D.S小处v小P小,C.S小处v大P小,3、某种粘性液体在流过半径为R的流管时流阻为Rf，若半径变为2R而其长度不变，并保持管两端压强差不变，则流阻为：,A.2Rf,B.Rf/2,C.Rf/16,D.16Rf,C.Rf/16,4、某种粘性液体流过半径为R的流管时流量为Q，在保持水平管两端压强差不变的前题下，若在半径为R/2的管中流动，则其流量为：,A.2Q,B.Q/2,C.Q/8,D.Q/16,D.Q/16,6、如图，若虹吸管的出口与容器中液面齐平，则出口处的流速为：,7、实际液体在粗细均匀的水平管中流动时，管中“1”点比“2”点距流源近，其二点的流速与压强的关系为：,A.V1V2,P1P2,B.V1=V2,P1=P2,C.V1P2,3.如图所示的虹吸管中，一根截面均匀的细管AB充满水后一端A插入大水池中，另一端B开放。由同一参考面量得水池面、B端及管水平部