医用物理：第2章--流体的运动 (1)..ppt

医用物理学（流体的运动） 第二章 流体的运动 首都医科大学 生物医学工程学院 刘志成 zcliu@ccmu.edu.cn 本章作业： P57-59： 2-1;2-5;2-7;2-8;2-9; 2- 10;2-13 流动与我们的生活 本章内容 基本概念 伯努利方程 粘性流体的运动 血液循环 基本概念 物性分类 Solid Liquid Gas Plasma 模量【Module】 杨氏模量 剪切模量 体积模量 面积模量 流体定义 剪切模量为0的物质形态 有自己的体积，没有自己的形状。 基本概念 流体力学【Hydrodynamics】 流体静力学 流体动力学 流变学【Rheology】 研究物质流动与变形的科学 地球流变学 食品流变学 生物流变学 血液流变学 心理流变学 流体的基本属性 压缩性【体积特性】 粘滞性【流动特性】 基本概念 流体分类 Ideal fluid， Newtonian fluid Non-Newtonian fluid 理想流体 绝对不可压缩且没有粘性的流体 牛顿流体与非牛顿流体。 符合牛顿粘滞定律的流体叫牛顿流体，否则叫非牛顿流体。 基本概念 流动速度 速度场 v=v(x,y,z,t) 平均流速 基本概念 流动分类 稳定流动 非稳定流动 稳定流动 流体中各点流速不随时 间改变的流动。v=v(x,y,z) 基本概念 运动描写 流线(stream line) 流体中的曲线，曲线的切线方向为该点的流速方向。 a. 流线不能相交； b. 稳定流动时流线分布情况不变； c. 稳定流动时流线与流体质元的运动轨迹重合 流管(Tube of Flow) 由选定的流线构成的管子。 a.流管内外液体不能交换； b. 整个流体可以看成由许多流管组成； c.流线为无限细流管。 基本概念 流量 单位时间内通过管道截面的流体体积（m3/s） 基本概念 连续性方程 伯努利方程 意义：理想流体稳定流动遵循的力学规律 伯努利方程 伯努利方程【解释】 方程本质上是理想流体在重力场中稳定流动时的功能关系。 方程中高度是相对量，与参考点有关，参考点可以选取。 方程仅在同一流管中成立，v，h，P均为所在截面处的平均值；当截面积趋于0时，流管变成流线，则方程表示同一流线上不同点的各量的关系。 是单位体积流体的动能和势能，同时具有压强的意义。 一般意义上，方程是三项之和守恒。 方程通常与连续性方程联合使用。 伯努利方程【推导】 伯努利方程【应用】 伯努利方程【应用】 流速与高度的关系 水库放水 水塔经管道向城市供水 吊瓶输液 特点为液体从大容器经小孔流出。 伯努利方程【应用】 流速与高度的关系 伯努利方程【应用】 压强与流速的关系 本章总结 流体分类 理想 非理想 流动描写 流体物性、流动特点与描写 伯努利方程 连续性方程 粘性流体的运动 特殊流动 粘性流体的运动 牛顿粘滞定律 粘滞力（viscous force) 速度梯度(velocity gradient) （viscous coefficient,viscidity) 描写物质粘稠程度属性的系数。通过运动表现。与温度有关。 两流层的接触面积 (laminar flow) 流体各流层之间不相混杂的流动。 粘性流体稳定流动时，相邻流层以不同的速度作相对运动,彼此不相混合。 流层之间的摩擦力称为粘滞力。粘滞力的特点是运动表现，有不可逆转的能量消耗 流体的黏性力 粘性流体的运动【粘滞力解释】 相距?x 的两流层的速率差为?v ，则 表示这两层之间的速率变化率。 称为沿 x 方向的速率梯度。 粘性流体的流动 粘性流体的运动【速度梯度】 x o 是反映流体粘性的宏观物理量，与物质的性质和温度有关。 【Pa·s (泊)】。 粘性流体的运动【粘滞系数】 液体的内摩擦力小于固体之间的摩擦力，古人开凿运河，用于运输；用机油润滑机械,减少磨损，都是这一原理的应用。气体的粘滞性则更小,气垫船的使用就是利用了气体的这一特性。 遵从牛顿粘滞定律的流体称为牛顿流体(如水、酒精、血浆等),不遵从牛顿粘滞定律的流体称为非牛顿流体(如血液、胶体溶液和燃料水溶液等)。 粘性流体的运动【泊肃叶定律】 描写不可压缩牛顿流体在刚性水平圆管中稳定流动。 流速随管子半径 r 的变化规律 泊肃叶定律提供了粘滞系数的测定方法。 已知细管的半径和长度，并测出这一长度上的压强差和流量，即可由泊肃叶公式算出粘滞系数。 流阻 Pa·s·m-3 (帕·秒·米-3). 由图可知，要使管内的粘性液体作匀速运动,必须有外力来抵消液体的内摩擦力，这个外力就是来自管道两端的压强差。 均匀水平管中粘性流体的压强分布 泊肃叶 (J. L.