血流动力学原理.pptx

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1、1第一节第一节 流体的流动流体的流动v一、理想流体一、理想流体v二、稳定流动二、稳定流动v三、连续性方程三、连续性方程第1页/共53页2v流体的特点：流体的特点：流动性、粘性流动性、粘性和和可压缩性可压缩性流动性：是流体最基本的特性流动性：是流体最基本的特性粘粘性性：即即运运动动着着的的流流体体中中速速度度不不同同的的各各流流体体层层之之间间 存在着存在着沿切向沿切向的粘性阻力（内摩擦力）的粘性阻力（内摩擦力）可压缩性：可压缩性：实际流体都是可压缩的，特别是对气体实际流体都是可压缩的，特别是对气体一、理想流体（ideal liquid）第2页/共53页3 对于实际流体：对于实际流体：1 1、像

2、水和酒精的粘性很小，气体的粘性更小、像水和酒精的粘性很小，气体的粘性更小 2 2、一般液体的可压缩性很小、一般液体的可压缩性很小气体的可压缩性比较大，但对于气体的可压缩性比较大，但对于可流动的可流动的气体，气体，在在比较小的压强下比较小的压强下，气体密度变化很小（即体积变化气体密度变化很小（即体积变化很小），此时的气体的可压缩性也可忽略。很小），此时的气体的可压缩性也可忽略。所以：所以：流动性流动性是决定流体运动的主要因素是决定流体运动的主要因素 可压缩性和粘性可压缩性和粘性是影响流体运动的次要因素是影响流体运动的次要因素理想流体：绝对不可压缩、完全没有粘滞性的流体理想流体：绝对不可压缩、完全

3、没有粘滞性的流体 第3页/共53页4二、稳定流动（steady flow）液体质点经过空间某一定点速度不随时液体质点经过空间某一定点速度不随时间改变的流动间改变的流动第4页/共53页5 对于一般流体：它的流速既是空间坐标的函数又对于一般流体：它的流速既是空间坐标的函数又是时间的函数，即：是时间的函数，即：流场：流体中的每一点的流速随空间的分布称为流体速度场。如果空间任意点流体质元的流速不随时间变化，如果空间任意点流体质元的流速不随时间变化，则这种流动叫则这种流动叫定常流动定常流动，则：，则：第5页/共53页6 A、流线：在流体流动的空间，做一些曲线，使曲线上任何一点的切线方向都与流体通过该点时

4、速度方向一致，这些曲线就叫做流线。流线的特点：不相交 定常流动的流体其流线分布不随时间变化第6页/共53页B B、流管：流管：在运动的流体中取一横截面，经过该截面周在运动的流体中取一横截面，经过该截面周界的流线就组成一个管状体，这个管状体就叫流管。界的流线就组成一个管状体，这个管状体就叫流管。定常流动的流体，流管中的流体只能在流管中流动定常流动的流体，流管中的流体只能在流管中流动而不会流出管外，流管外的流体也不会流入管内而不会流出管外，流管外的流体也不会流入管内.第7页/共53页8 三、连续性方程 流量：单位时间内通过某一流管内任意横截面的流体的体积叫做该横截面的体积流量，简称流量，用Q表示。

5、单位：量纲：平均流速 ，第8页/共53页9 连续性方程：对于不可压缩的定常流动的流体，在某一流管中取两个与流管垂直的截面s1 和s2，流体在两截面处的流速分别为：和 ，流量分别为Q1和Q2，则有：Q1Q2 连续性方程所以：该式表明：不可压缩的流体做定常流动时，流管的横截面与该处平均流速的乘积为一常量。对于不可压缩的均匀流体，各点的密度 是个常量。第9页/共53页10 所以：所以：单位时间单位时间内流过任一截面的流管内的流内流过任一截面的流管内的流体质量是常量，因此连续性方程说明流体在流动体质量是常量，因此连续性方程说明流体在流动中质量守恒中质量守恒 实际上输送理想流体的刚性管道可视为流管，若实

6、际上输送理想流体的刚性管道可视为流管，若管有分支，则不可压缩流体在各分支管中的流量之管有分支，则不可压缩流体在各分支管中的流量之和等于总流量，则连续性方程为：和等于总流量，则连续性方程为：第10页/共53页11第二节 伯努利方程丹伯努利(Daniel Bernoull,1700-1782)瑞士科学家.1738年伯努利(D.Bernoulli)提出了著名的伯努利方程.它是利用功能原理推导得到.功能原理：机械能的改变量等于外力和非保守内力做功的代数和.第11页/共53页12第二节 伯努利方程及其应用一、伯努利方程丹伯努利(Daniel Bernoull,1700-1782)瑞士科学家.1738年伯

7、努利(D.Bernoulli)提出了著名的伯努利方程.它是利用功能原理推导得到.功能原理：机械能的改变量等于外力和非保守内力做功的代数和.第12页/共53页13第13页/共53页14第14页/共53页15第15页/共53页16一、层流和湍流粘性流体的流动形态：层流、湍流、过渡流动1.层流：流体分层流动，相邻两层流体间只作相对滑动，流层间没有横向混杂。第三节 黏性流体的流动甘油缓慢流动层流示意图第16页/共53页17第17页/共53页18第18页/共53页19第19页/共53页20第20页/共53页21第21页/共53页22第22页/共53页23三、雷诺数 决定粘性流体在圆筒形管道中流动形态的因

8、素：速度v、密度、粘度、管子半径 r 雷诺提出一个无量纲的数雷诺数作为流体由层流向湍流转变的判据 实验证明：层流过渡流湍流第23页/共53页24第24页/共53页25第25页/共53页26第四节第四节 粘性流体的运动规律粘性流体的运动规律一、粘性流体的伯努利方程在讨论粘性流体的运动规律时，可压缩性仍可忽略，但其粘性必须考虑。采用与推导伯努利方程相同的方法，考虑流体要克服粘性力做功，其机械能不断减少并转化为热能，可以得到粘性流体作稳定流动时的伯努利方程 单位体积的不可压缩的粘性流体流动时，克服粘性力所做的功或损失的能量。第26页/共53页27若粘性流体在水平等粗细管中作稳定流动，因此，若使粘性流

9、体在水平等粗管中作稳定流动，细管两端必须维持一定的压强差。若粘性流体在开放的等粗细管中作稳定流动，因此，细管两端必须维持一定的高度差。两种特殊情况：第27页/共53页28二、泊肃叶定律不可压缩的牛顿流体在水平等粗圆管中作稳定流动时，如果雷诺数不大，则流动的形态是层流。要想维持液体的稳定流动，管子两端必须维持一定的压强差。1.泊肃叶定律实验证明：在水平均匀细圆管内作层流的粘性流体，其体积流量与管子两端的压强差 成正比。即 管子半径 流体粘度 管子长度 压强差第28页/共53页29第29页/共53页30第30页/共53页31第31页/共53页32第32页/共53页33第33页/共53页34三、斯托

10、克斯定律1、斯托克斯定律固体在粘性流体中运动时将受到粘性阻力作用，若物体的运动速度很小，它所受的粘性阻力可以写为比例系数 k 由物体形状决定。对于球体，若半径为 R，则 k=6 ，斯托克斯定律第34页/共53页352、收尾速度（沉降速度）当半径为 R、密度为 的小球在粘度为 、密度为 （）的粘性流体中竖直下落时，它所受力当三力达到平衡时，小球将以匀速度 下落，由 即可得 收尾速度（沉降速度）第35页/共53页36应用：在已知 R、的情况下，只要测得收尾速度便可以 求出液体的粘滞系数 。在已知 、的情况下，只要测得收尾速度便可以 求出球体半径 R。第36页/共53页37第五节第五节 血液在循环系

11、统中的流动血液在循环系统中的流动一、血液的组成及特性一、血液的组成及特性1、组成血液血浆血球红细胞白细胞血小板99.9%0.1%血液是非牛顿流体，其粘度不是常数。第37页/共53页382、特性 具有屈服应力：只有当切应力超过某一数值后，才发生流动，低于这一数值则不发生流动。能够引起流体发生流动的最低切应力值叫屈服应力或致流应力。具有粘弹性 具有触变性在一定的切应力作用下，血液粘度会随着切应时间的推移而降低，如果切应的时间足够长，粘度下降到一定程度后则不再降低。血液粘度随切变时间延长而降低的这种特征称为血液的触变性 第38页/共53页39血流速度分布血流速度分布1血液在血管中的流动基本上是连续的

12、。2脉搏波：传播速度约为 810 m/s，它与血液的流速不同。截面积S是指同类血管的总截面积。流速v是指截面上的平均流速。说明：第39页/共53页40血流过程中的血压分布血流过程中的血压分布血压是血管内血液对管壁的侧压强。1收缩压 舒张压 脉压2平均动脉压 ：一个心动周期中动脉血压的平均值。注意：平均动脉压并不是收缩压和舒张压的平均值，平时常用舒张压加上1/3脉压来估算。-=第40页/共53页413 全部血液循环系统的血压变化曲线由于血液是粘性流体，故血压在体循环过程中是不断下降的。血压的高低与流量、流阻及血管的柔软程度有关。第41页/共53页42HemorheologyHemorheolog

13、y 微循环的基本概念微循环的基本概念微循环的基本概念微循环的基本概念 微循环的结构特点微循环的结构特点微循环的结构特点微循环的结构特点 2 2 微循环的功能特点微循环的功能特点微循环的功能特点微循环的功能特点 3 3第六节 微循环血流第42页/共53页43HemorheologyHemorheology一、微循环的基本概念一、微循环的基本概念(microcirculation)是小动脉与小静脉之间的毛细血管中的血液循是小动脉与小静脉之间的毛细血管中的血液循是小动脉与小静脉之间的毛细血管中的血液循是小动脉与小静脉之间的毛细血管中的血液循环，具体说是指微动脉、后微动脉、毛细血管、微环，具体说是指微

14、动脉、后微动脉、毛细血管、微环，具体说是指微动脉、后微动脉、毛细血管、微环，具体说是指微动脉、后微动脉、毛细血管、微静脉范畴内的血液循环。静脉范畴内的血液循环。静脉范畴内的血液循环。静脉范畴内的血液循环。动脉和静脉动脉和静脉动脉和静脉动脉和静脉的横切面的横切面的横切面的横切面 三种血管关系示意图三种血管关系示意图三种血管关系示意图三种血管关系示意图 静脉瓣活静脉瓣活静脉瓣活静脉瓣活动示意图动示意图动示意图动示意图 第43页/共53页44HemorheologyHemorheology（二）微循环的特点及脏器微血管构型（二）微循环的特点及脏器微血管构型（二）微循环的特点及脏器微血管构型（二）微循

15、环的特点及脏器微血管构型1.1.1.1.微循环的血流特点微循环的血流特点微循环的血流特点微循环的血流特点（1 1 1 1）非连续性介质，）非连续性介质，）非连续性介质，）非连续性介质，是是是是RBCRBC与血浆的二相流。与血浆的二相流。与血浆的二相流。与血浆的二相流。毛细血管中红细胞的个性将直接影响毛细血管中红细胞的个性将直接影响毛细血管中红细胞的个性将直接影响毛细血管中红细胞的个性将直接影响微血管微血管微血管微血管，特，特，特，特别是别是别是别是毛细血管毛细血管毛细血管毛细血管的血流特性。此时的血流特性。此时的血流特性。此时的血流特性。此时RBCRBC与管壁间的与管壁间的与管壁间的与管壁间的

16、作用不容忽视。作用不容忽视。作用不容忽视。作用不容忽视。第44页/共53页45HemorheologyHemorheology（2 2 2 2）微血管数目多）微血管数目多）微血管数目多）微血管数目多 毛细血管的每根长度约为，全身毛细血管数目毛细血管的每根长度约为，全身毛细血管数目毛细血管的每根长度约为，全身毛细血管数目毛细血管的每根长度约为，全身毛细血管数目约约约约400400亿根，总长约亿根，总长约亿根，总长约亿根，总长约911911万公里，可围绕地球万公里，可围绕地球万公里，可围绕地球万公里，可围绕地球2 2周半。周半。周半。周半。总长占全身血管总长的总长占全身血管总长的总长占全身血管总长

17、的总长占全身血管总长的90%90%。（3 3 3 3）管径细、管壁薄）管径细、管壁薄）管径细、管壁薄）管径细、管壁薄微循环血管的直径微循环血管的直径微循环血管的直径微循环血管的直径100100 m15m15d dRBCRBC 。毛细血管的直径毛细血管的直径毛细血管的直径毛细血管的直径d d1010 mm，厚度，厚度，厚度，厚度 mm。管壁薄，通透性好，是实现血液与组织细胞间物质管壁薄，通透性好，是实现血液与组织细胞间物质管壁薄，通透性好，是实现血液与组织细胞间物质管壁薄，通透性好，是实现血液与组织细胞间物质交换的主要场所。交换的主要场所。交换的主要场所。交换的主要场所。（4 4 4 4）存在血

18、浆层）存在血浆层）存在血浆层）存在血浆层（5 5 5 5）毛细血管不可以扩张毛细血管不可以扩张毛细血管不可以扩张毛细血管不可以扩张第45页/共53页46HemorheologyHemorheology（6 6 6 6）血压低）血压低）血压低）血压低动脉血压在细动脉中明显下降动脉血压在细动脉中明显下降动脉血压在细动脉中明显下降动脉血压在细动脉中明显下降人体毛细血管平均血压为。人体毛细血管平均血压为。人体毛细血管平均血压为。人体毛细血管平均血压为。动脉端：动脉端：动脉端：动脉端：静脉端：静脉端：静脉端：静脉端：中段：中段：中段：中段：第46页/共53页47HemorheologyHemorheol

19、ogy（7 7 7 7）流速慢、雷诺数）流速慢、雷诺数）流速慢、雷诺数）流速慢、雷诺数R Re e小小小小平均约，有利于物质交换平均约，有利于物质交换平均约，有利于物质交换平均约，有利于物质交换惯性力可忽略惯性力可忽略惯性力可忽略惯性力可忽略毛细血管中毛细血管中毛细血管中毛细血管中R Re e=10=10-2-21010-4-4R Re e10104 410102 210101 11010-1-11010-2-2主主主主动动动动动动动动脉脉脉脉细细细细动动动动毛毛毛毛细细细细细细细细静静静静静静静静脉脉脉脉(8)(8)(8)(8)潜在容量大潜在容量大潜在容量大潜在容量大总有效面积约总有效面积约

20、总有效面积约总有效面积约1000m1000m1000m1000m2 2 2 2.第47页/共53页48HemorheologyHemorheology（9 9 9 9）灌流量易变）灌流量易变）灌流量易变）灌流量易变细动脉的舒缩、分支口、狭窄部细动脉的舒缩、分支口、狭窄部细动脉的舒缩、分支口、狭窄部细动脉的舒缩、分支口、狭窄部WBCWBC、PLTPLT的瞬时阻塞的瞬时阻塞的瞬时阻塞的瞬时阻塞血压梯度、血流速度的改变血压梯度、血流速度的改变血压梯度、血流速度的改变血压梯度、血流速度的改变灌注流量改变。灌注流量改变。灌注流量改变。灌注流量改变。微动脉的平滑肌有舒缩功能。这种功能可调节微动脉的平滑肌有

21、舒缩功能。这种功能可调节微动脉的平滑肌有舒缩功能。这种功能可调节微动脉的平滑肌有舒缩功能。这种功能可调节微血管中的流态。微血管中的流态。微血管中的流态。微血管中的流态。第48页/共53页49HemorheologyHemorheology（10101010）毛细血管壁是可泄漏的）毛细血管壁是可泄漏的）毛细血管壁是可泄漏的）毛细血管壁是可泄漏的很多不能通过细胞膜的物质大多能够通过毛细很多不能通过细胞膜的物质大多能够通过毛细很多不能通过细胞膜的物质大多能够通过毛细很多不能通过细胞膜的物质大多能够通过毛细血管壁，以保证跨毛细血管壁的物质交换。血管壁，以保证跨毛细血管壁的物质交换。血管壁，以保证跨毛细

22、血管壁的物质交换。血管壁，以保证跨毛细血管壁的物质交换。第49页/共53页50HemorheologyHemorheology微循环的流动效应微循环血流的流态微循环血流的流态微循环血流的流态微循环血流的流态 微血管中的血流效应微血管中的血流效应微血管中的血流效应微血管中的血流效应 2 2第50页/共53页51HemorheologyHemorheology一、微循环血流的流态一、微循环血流的流态 影响影响影响影响微循环微循环微循环微循环流态的因素流态的因素流态的因素流态的因素（1 1 1 1）心脏搏动周期性节律的影响（规律性）。）心脏搏动周期性节律的影响（规律性）。）心脏搏动周期性节律的影响（

23、规律性）。）心脏搏动周期性节律的影响（规律性）。（2 2 2 2）微血管自发节律性舒缩运动的影响（规律性）。）微血管自发节律性舒缩运动的影响（规律性）。）微血管自发节律性舒缩运动的影响（规律性）。）微血管自发节律性舒缩运动的影响（规律性）。（3 3 3 3）血细胞及其凝聚团块与血管壁间的相互作用的影响）血细胞及其凝聚团块与血管壁间的相互作用的影响）血细胞及其凝聚团块与血管壁间的相互作用的影响）血细胞及其凝聚团块与血管壁间的相互作用的影响（无规律）。（无规律）。（无规律）。（无规律）。（一）血液在微血管中的流动状态（一）血液在微血管中的流动状态（一）血液在微血管中的流动状态（一）血液在微血管中的

24、流动状态1.1.1.1.搏动流搏动流搏动流搏动流 不同脏器的微血管血流随心脏的节律性运动所呈不同脏器的微血管血流随心脏的节律性运动所呈不同脏器的微血管血流随心脏的节律性运动所呈不同脏器的微血管血流随心脏的节律性运动所呈的搏动性流动。的搏动性流动。的搏动性流动。的搏动性流动。第51页/共53页52HemorheologyHemorheology2.2.2.2.间歇流间歇流间歇流间歇流微动脉、微静脉平滑肌、毛细血管前括约肌有节微动脉、微静脉平滑肌、毛细血管前括约肌有节微动脉、微静脉平滑肌、毛细血管前括约肌有节微动脉、微静脉平滑肌、毛细血管前括约肌有节律舒缩造成的间歇性流动，其周期约为律舒缩造成的间

25、歇性流动，其周期约为律舒缩造成的间歇性流动，其周期约为律舒缩造成的间歇性流动，其周期约为9s9s。3.3.3.3.塞流塞流塞流塞流在很细的微血管中，红细胞直径与血管直径相近，在很细的微血管中，红细胞直径与血管直径相近，在很细的微血管中，红细胞直径与血管直径相近，在很细的微血管中，红细胞直径与血管直径相近，在中心移动的红细胞与其周边的血浆层以相似的在中心移动的红细胞与其周边的血浆层以相似的在中心移动的红细胞与其周边的血浆层以相似的在中心移动的红细胞与其周边的血浆层以相似的速度流动，这种流动形式称之为塞流。速度流动，这种流动形式称之为塞流。速度流动，这种流动形式称之为塞流。速度流动，这种流动形式称之为塞流。3.3.3.3.血浆团流血浆团流血浆团流血浆团流静止静止静止静止红细胞红细胞红细胞红细胞静止静止静止静止红细胞红细胞红细胞红细胞流动的两红细胞之间流动的两红细胞之间流动的两红细胞之间流动的两红细胞之间的血浆呈现一种特殊的血浆呈现一种特殊的血浆呈现一种特殊的血浆呈现一种特殊的的的的“环行运动环行运动环行运动环行运动”。第52页/共53页感谢您的观看！第53页/共53页