流體血液的流動課件

第三章流體血液的流動醫(yī)學物理學1第三章醫(yī)學物理學1目錄一、流體二、流體的運動三、血液的層流2目錄一、流體二、流體的運動三、血液的層流2§1.1流體與我們周圍的世界包括氣體和液體流體——與固體不同，流體是一種可以流動的物質(zhì)。流體能適應我們將其放入的任何容器內(nèi)壁的形狀。

一、Fluids——在我們的生活中起著極為重要的作用。§1.2流體是什么？3§1.1流體與我們周圍的世界包括氣體和液體流體——§1.3Density&Pressure流體——密度和壓強剛體——質(zhì)量和力密度壓強標量，kg/m3標量，N/m2，帕[斯卡]（Pa）4§1.3Density&Pressure流體——密度例1-1一個起居室高2.4m，其地板的尺寸為長4.2m寬3.5m。(空氣在200C,1atm下密度為1.21kg/m3）(b)室內(nèi)空氣給地板的作用力有多大？(1.5x106N)(a)當壓強為1.0atm時，室內(nèi)的空氣有多重？(420N)5例1-1一個起居室高2.4m，其地板的尺寸為長4.2m寬3§1.4靜止流體潛水員和登山者所感知的壓強通常叫做流體靜壓強(Staticpressureoffluids)。在靜力平衡流體中，一點的壓強只與該點的深度有關，與流體或容器的水平尺寸無關。gaugepressureabsolutepressure6§1.4靜止流體潛水員和登山者所感知的壓強通常叫做[例]1-2

一個初學使用水下呼吸器的潛水者在游泳池里練習潛水。在水面以下L處，在拋棄氣罐前從氣罐吸足了氣體使肺膨脹，然后游向水面?？墒撬鲆暳酥笇Ф鴽]有在上升過程中呼氣。當他到達水面時，他受到外界的壓強和他肺里的氣壓的差是9.3kPa。問他出發(fā)時的深度是多少？他面對什么樣的致命危險？7[例]1-2一個初學使用水下呼吸器的潛水者在游泳池里練習§1.5測量壓強水銀氣壓計當氣囊的壓強降至心縮壓以下時，血液湍流通過血管射出，產(chǎn)生聲振動，從聽診器可以聽到聲音——稱為Korotkoff音或K音。8§1.5測量壓強水銀氣壓計當氣囊的壓強降至

Inanincompressibleliquid,theincreaseinthepressureatanypointistransmittedundiminishedtoallotherpointsintheliquid.用液壓杠桿可以將作用于一個給定距離的一個給定的力轉變?yōu)樽饔糜谝粋€較小距離的較大的力。帕斯卡原理&液壓杠桿§1.6Pascal’sLaw9Inanincompressibleliquid

Whenabodyiscompletelyorpartiallyimmersedinafluid,thefluidexertsanupwardforceonthebodyequaltotheweightofthedisplacedfluid.§1.7Archimedes’Principle

漂浮Buoyancy10Whenabodyiscompletelyo[例]1-3漂浮在海面的冰山的可見體積占多大比例？P.S.已知冰和海水的密度分別為0.917x103kg/m3，

1.024x103kg/m3Iceberg11[例]1-3漂浮在海面的冰山的可見體積占多大比例？Iceb§2.1理想流體在穩(wěn)流（或層流）中，流體內(nèi)任一固定點流速的大小和方向都不隨時間改變。1）穩(wěn)流steadyflow二、流體的運動2）不可壓縮的流動3）無粘性流動4）無旋流動圖2-1一縷上升的煙霧從穩(wěn)流到非穩(wěn)(湍)流的過渡。12§2.1理想流體在穩(wěn)流（或層流）中，流體內(nèi)任一固定圖2-2在進行風洞試驗時，煙在經(jīng)過汽車的空氣流中顯示出流線?！?.2

流線

streamline,flowline

可以通過加一種示蹤劑使流體的流動看得見。示蹤劑可以是在液體中注入的染料，也可以是加到氣流中的煙霧顆粒。（見右下圖）兩條流線不會相交

示蹤劑的每一小部分都形成一條流線，它就是流體流動時流體的一個微元所取的路徑。13圖2-2在進行風洞試驗時，煙在經(jīng)過汽車的空氣流中顯示出流圖2-3流體以穩(wěn)定的速率向右通過一段長為L的管子。（連續(xù)性方程）§2.3TheContinuityEquation14圖2-3流體以穩(wěn)定的速率向右通過一段長為L的管子。（連續(xù)性（連續(xù)性方程）

上式不僅能用于實際的管子，也可以用于任何所謂的流管——或者說是想象的由流線作管壁的管子。圖2-4流管由形成邊界的一組流線定義。體積流量在流管內(nèi)所有的橫截面積處必定相等。

Rv是流體的體積流量(單位時間流過的體積)SI單位：m3/s15（連續(xù)性方程）上式不僅能用于實際的管子，也可以用于任[例]1-4

正常人其主動脈橫截面積A0是3cm2，通過它的血液的流速是30cm/s。典型的毛細血管的橫截面積A是3x10－7cm2,流速是1mm/s。這樣一個人有多少毛細血管？所有毛細血管的總橫截面積是主動脈橫截面積的300倍。16[例]1-4正常人其主動脈橫截面積A0是3cm2，通過它[例]1-5右圖表示從杯中流出的水流如何“收縮下去”。標出的兩處橫截面積為A0＝1.2cm2和A=0.35cm2。兩個截面的豎直距離為h=45mm。從此杯中流出的體積流量是多少？17[例]1-5右圖表示從杯中流出的水流如何“收縮下去”。標對該流體應用能量守恒原理，可以證明：（伯努利方程）§2.4Bernoulli’sEquation18對該流體應用能量守恒原理，可以證明：（伯努利方程）§2.4對靜止流體應用伯努利方程，得主要推論：如果令h1=h2，即流體水平流動時，流體沿水平流線流動時，若流速增加，壓強必定減小，反之亦然。

（教材35頁）19對靜止流體應用伯努利方程，得主要推論：如果令h1=h2，即流伯努利方程的證明20伯努利方程的證明20伯努利方程與連續(xù)性方程的應用P35小孔流速;流速計;虹吸管;噴霧器21伯努利方程與連續(xù)性方程的應用P3521[例]1-6

面積為A的飛機機翼上方空氣的流速為vt，機翼下側空氣的流速是vd。在這種簡單情形下，證明伯努利方程所預言的對機翼的向上的升力為22[例]1-6面積為A的飛機機翼上方空氣的流速為vt，機翼流體圖片流體中的圓柱繞流現(xiàn)象太平洋風暴云協(xié)和式飛機著陸時的流場23流體圖片流體中的圓柱繞流現(xiàn)象太平洋風暴云協(xié)和式飛機著陸時的流早期的箱型車現(xiàn)代的流線型車運動員進行風洞實驗動物與流線型24早期的箱型車現(xiàn)代的流線型車運動員進行風洞實驗動物與流線型242525

由于黏性，在管道中流動的流體出現(xiàn)了分層流動。與血管壁接觸的血液層基本是靜止的，液層越靠近管軸流動得越快。三、血液的流動§3.1粘性流體的層流26由于黏性，在管道中流動的流體出現(xiàn)了分層流動。層流與湍流

在循環(huán)系統(tǒng)中有幾個地方出現(xiàn)湍流。例如，血液急速地通過心臟瓣膜時，該處就出現(xiàn)湍流。

層流的一個重要特點是無聲。聽診器所聽到的聲音是由湍流引起的。

如果用減小管半徑的方法，使血液流速逐漸增加，就會達到速度的臨界值Vc，這時層流就轉變?yōu)橥牧?。如果管?nèi)有障礙物或液流受到限制時，則臨界速度會降低。1883年Reynold研究了這些性質(zhì)，并確定確定臨界速度與液體的黏滯性成正比而與液體密度和管半徑成反比，即27層流與湍流在循環(huán)系統(tǒng)中有幾個地方出現(xiàn)湍流。例如式中比例常數(shù)Re稱為雷諾數(shù)。成年人的主動脈半徑約為1cm，其臨界速度：主動脈血流速度約在0～0.5m/s之間，因此在心縮的一部分時間，血液是湍流。劇烈運動時。心臟搏血量增加4至5倍，血流在心縮的一段較長時間內(nèi)都超過臨界速度，作劇烈運動的人的心音與休息者不同。28式中比例常數(shù)Re稱為雷諾數(shù)。成年人的主動脈半徑約為1cm，黏度與黏性力其中：F—流體內(nèi)部相鄰兩流體層之間的黏力—黏度—速度梯度—兩層之間的接觸面積牛頓黏滯定律29黏度與黏性力其中：F—流體內(nèi)部相鄰兩流體層之間的黏速度梯度

單位s-1定義在垂直于流動方向上,每增加單位距離流體速率的增加量.較小較大30速度梯度單位s-1定義在§3.2人的血液流得多快？血液流速：主動脈>靜脈>毛細血管總截面面積：主動脈<靜脈<毛細血管31§3.2人的血液流得多快？血液流速：主動脈>靜脈>毛細血§3.3心臟做功正常成年人心肌每收縮一次就迫使80ml的血液從右心室通過肺。也使同樣多的血液從左心室進入體循環(huán)系統(tǒng)。心臟在這一過程中作了功。32§3.3心臟做功正常成年人心肌每收縮一根據(jù)泊肅葉定律，血液在流到小動脈及毛細血管之前，壓強只有少許損失。差不多所有的壓降都產(chǎn)生在循環(huán)系統(tǒng)中的小動脈與毛細血管上。因為重力的緣故，循環(huán)系統(tǒng)的壓強各處不同。圖示體位對血壓的影響。33根據(jù)泊肅葉定律，血液在流到小動脈及毛細血管之前心臟每分功心臟做功（每秒）在恒壓P下工作的泵，所作的功W＝P△V34心臟每分功心臟做功（每秒）在恒壓P下工作的泵，所作的功W黏性流體的伯努利方程對于理想流體對于黏性流體,黏力所做的功根據(jù)功能原理35黏性流體的伯努利方程對于理想流體對于黏性流體,黏力所做的功根P1＝舒張壓＋1/3(收縮壓－舒張壓)～13.33kPa體循環(huán)：v1～0.3m/s;p2~0;v2~0;h1~h2肺循環(huán)：36P1＝舒張壓＋1/3(收縮壓－舒張壓)～13.33kPa體循心臟每搏功、每分功心臟做功（每單位體積血液）

37心臟每搏功、每分功心臟做功（每單位體積血液）37§3.4泊肅葉定律Poiseuille’sLaw上式可改寫成：流阻流阻的大小反映了血液在血管中流動時所受阻力的大小。血管半徑的微小變化會引起流阻的顯著變化。

為了找到循環(huán)系統(tǒng)中支配血流的規(guī)律，泊肅葉在19世紀研究了水在不同粗細的管子中流動的現(xiàn)象。實驗結果表明38§3.4泊肅葉定律Poiseuille’sLaw外周阻力——體循環(huán)的流阻§3.5斯托克斯粘性公式血沉－紅細胞在血漿中的整體下降速度39外周阻力——體循環(huán)的流阻§3.5斯托克斯粘性公式血沉－第三章流體血液的流動醫(yī)學物理學40第三章醫(yī)學物理學1目錄一、流體二、流體的運動三、血液的層流41目錄一、流體二、流體的運動三、血液的層流2§1.1流體與我們周圍的世界包括氣體和液體流體——與固體不同，流體是一種可以流動的物質(zhì)。流體能適應我們將其放入的任何容器內(nèi)壁的形狀。

一、Fluids——在我們的生活中起著極為重要的作用?！?.2流體是什么？42§1.1流體與我們周圍的世界包括氣體和液體流體——§1.3Density&Pressure流體——密度和壓強剛體——質(zhì)量和力密度壓強標量，kg/m3標量，N/m2，帕[斯卡]（Pa）43§1.3Density&Pressure流體——密度例1-1一個起居室高2.4m，其地板的尺寸為長4.2m寬3.5m。(空氣在200C,1atm下密度為1.21kg/m3）(b)室內(nèi)空氣給地板的作用力有多大？(1.5x106N)(a)當壓強為1.0atm時，室內(nèi)的空氣有多重？(420N)44例1-1一個起居室高2.4m，其地板的尺寸為長4.2m寬3§1.4靜止流體潛水員和登山者所感知的壓強通常叫做流體靜壓強(Staticpressureoffluids)。在靜力平衡流體中，一點的壓強只與該點的深度有關，與流體或容器的水平尺寸無關。gaugepressureabsolutepressure45§1.4靜止流體潛水員和登山者所感知的壓強通常叫做[例]1-2

一個初學使用水下呼吸器的潛水者在游泳池里練習潛水。在水面以下L處，在拋棄氣罐前從氣罐吸足了氣體使肺膨脹，然后游向水面。可是他忽視了指導而沒有在上升過程中呼氣。當他到達水面時，他受到外界的壓強和他肺里的氣壓的差是9.3kPa。問他出發(fā)時的深度是多少？他面對什么樣的致命危險？46[例]1-2一個初學使用水下呼吸器的潛水者在游泳池里練習§1.5測量壓強水銀氣壓計當氣囊的壓強降至心縮壓以下時，血液湍流通過血管射出，產(chǎn)生聲振動，從聽診器可以聽到聲音——稱為Korotkoff音或K音。47§1.5測量壓強水銀氣壓計當氣囊的壓強降至

Inanincompressibleliquid,theincreaseinthepressureatanypointistransmittedundiminishedtoallotherpointsintheliquid.用液壓杠桿可以將作用于一個給定距離的一個給定的力轉變?yōu)樽饔糜谝粋€較小距離的較大的力。帕斯卡原理&液壓杠桿§1.6Pascal’sLaw48Inanincompressibleliquid

Whenabodyiscompletelyorpartiallyimmersedinafluid,thefluidexertsanupwardforceonthebodyequaltotheweightofthedisplacedfluid.§1.7Archimedes’Principle

漂浮Buoyancy49Whenabodyiscompletelyo[例]1-3漂浮在海面的冰山的可見體積占多大比例？P.S.已知冰和海水的密度分別為0.917x103kg/m3，

1.024x103kg/m3Iceberg50[例]1-3漂浮在海面的冰山的可見體積占多大比例？Iceb§2.1理想流體在穩(wěn)流（或層流）中，流體內(nèi)任一固定點流速的大小和方向都不隨時間改變。1）穩(wěn)流steadyflow二、流體的運動2）不可壓縮的流動3）無粘性流動4）無旋流動圖2-1一縷上升的煙霧從穩(wěn)流到非穩(wěn)(湍)流的過渡。51§2.1理想流體在穩(wěn)流（或層流）中，流體內(nèi)任一固定圖2-2在進行風洞試驗時，煙在經(jīng)過汽車的空氣流中顯示出流線?！?.2

流線

streamline,flowline

可以通過加一種示蹤劑使流體的流動看得見。示蹤劑可以是在液體中注入的染料，也可以是加到氣流中的煙霧顆粒。（見右下圖）兩條流線不會相交

示蹤劑的每一小部分都形成一條流線，它就是流體流動時流體的一個微元所取的路徑。52圖2-2在進行風洞試驗時，煙在經(jīng)過汽車的空氣流中顯示出流圖2-3流體以穩(wěn)定的速率向右通過一段長為L的管子。（連續(xù)性方程）§2.3TheContinuityEquation53圖2-3流體以穩(wěn)定的速率向右通過一段長為L的管子。（連續(xù)性（連續(xù)性方程）

上式不僅能用于實際的管子，也可以用于任何所謂的流管——或者說是想象的由流線作管壁的管子。圖2-4流管由形成邊界的一組流線定義。體積流量在流管內(nèi)所有的橫截面積處必定相等。

Rv是流體的體積流量(單位時間流過的體積)SI單位：m3/s54（連續(xù)性方程）上式不僅能用于實際的管子，也可以用于任[例]1-4

正常人其主動脈橫截面積A0是3cm2，通過它的血液的流速是30cm/s。典型的毛細血管的橫截面積A是3x10－7cm2,流速是1mm/s。這樣一個人有多少毛細血管？所有毛細血管的總橫截面積是主動脈橫截面積的300倍。55[例]1-4正常人其主動脈橫截面積A0是3cm2，通過它[例]1-5右圖表示從杯中流出的水流如何“收縮下去”。標出的兩處橫截面積為A0＝1.2cm2和A=0.35cm2。兩個截面的豎直距離為h=45mm。從此杯中流出的體積流量是多少？56[例]1-5右圖表示從杯中流出的水流如何“收縮下去”。標對該流體應用能量守恒原理，可以證明：（伯努利方程）§2.4Bernoulli’sEquation57對該流體應用能量守恒原理，可以證明：（伯努利方程）§2.4對靜止流體應用伯努利方程，得主要推論：如果令h1=h2，即流體水平流動時，流體沿水平流線流動時，若流速增加，壓強必定減小，反之亦然。

（教材35頁）58對靜止流體應用伯努利方程，得主要推論：如果令h1=h2，即流伯努利方程的證明59伯努利方程的證明20伯努利方程與連續(xù)性方程的應用P35小孔流速;流速計;虹吸管;噴霧器60伯努利方程與連續(xù)性方程的應用P3521[例]1-6

面積為A的飛機機翼上方空氣的流速為vt，機翼下側空氣的流速是vd。在這種簡單情形下，證明伯努利方程所預言的對機翼的向上的升力為61[例]1-6面積為A的飛機機翼上方空氣的流速為vt，機翼流體圖片流體中的圓柱繞流現(xiàn)象太平洋風暴云協(xié)和式飛機著陸時的流場62流體圖片流體中的圓柱繞流現(xiàn)象太平洋風暴云協(xié)和式飛機著陸時的流早期的箱型車現(xiàn)代的流線型車運動員進行風洞實驗動物與流線型63早期的箱型車現(xiàn)代的流線型車運動員進行風洞實驗動物與流線型246425

由于黏性，在管道中流動的流體出現(xiàn)了分層流動。與血管壁接觸的血液層基本是靜止的，液層越靠近管軸流動得越快。三、血液的流動§3.1粘性流體的層流65由于黏性，在管道中流動的流體出現(xiàn)了分層流動。層流與湍流

在循環(huán)系統(tǒng)中有幾個地方出現(xiàn)湍流。例如，血液急速地通過心臟瓣膜時，該處就出現(xiàn)湍流。

層流的一個重要特點是無聲。聽診器所聽到的聲音是由湍流引起的。

如果用減小管半徑的方法，使血液流速逐漸增加，就會達到速度的臨界值Vc，這時層流就轉變?yōu)橥牧?。如果管?nèi)有障礙物或液流受到限制時，則臨界速度會降低。1883年Reynold研究了這些性質(zhì)，并確定確定臨界速度與液體的黏滯性成正比而與液體密度和管半徑成反比，即66層流與湍流在循環(huán)系統(tǒng)中有幾個地方出現(xiàn)湍流。例如式中比例常數(shù)Re稱為雷諾數(shù)。成年人的主動脈半徑約為1cm，其臨界速度：主動脈血流速度約在0～0.5m/s之間，因此在心縮的一部分時間，血液是湍流。劇烈運動時。心臟搏血量增加4至5倍，血流在心縮的一段較長時間內(nèi)都超過臨界速度，作劇烈運動的人的心音與休息者不同。67式中比例常數(shù)Re稱為雷諾數(shù)。成年人的主動脈半徑約為1cm，黏度與黏性力其中：F—流體內(nèi)部相鄰兩流體層之間的黏力—黏度—速度梯度—兩層之間的接觸面積牛頓黏滯定律68黏度與黏性力其中：F—流體內(nèi)部相鄰兩流體層之間的黏速度梯度

單位s-1定義在垂直于流動方向上,每增