流体力学的应用.pdf

流体力学的应用

力学是无所不在的，生活中并不是缺少流体力学的应用，而是缺少发现的眼睛。其实大部分工程

方面的东西都是与力学相关，这就是为什么理工科不论科班与否都要学理论力学。只要是涉及到流体

的介质的都会用到流体力学

多人都有过静脉输液(俗称“打点滴”)的经历，这里涉及到的许多流体力学原理，很多人

未必注意到。

图1静脉输液器示意图

静脉输液器的示意图如图1所示，其中包括输液瓶①、针头②、上输液管③、夹子④、

(11)(12)

茂菲氏滴管⑤、小管⑥、管口和乳胶帽⑦、管口⑧、下输液管⑨、调节阀⑩、针头、针头、软

(13)()

管等。这里，盛有药液的玻璃瓶输液瓶①是倒挂的，下面是药液，上面是气体，液面用S1表示，

液面的高度记为hS1。针头②通过瓶塞插入药液中，并将药液引入上输液管③。

(

夹子④可以阻断上输液管③内的液体流动通常夹子④可以省去，这里是为了解释需要而加入的)。透

明的茂菲氏滴管⑤的上端有两个管口。一个管口处嵌入一个小管⑥，其上端与上输液

管③相连，下端张着一个不断变形的液面，该液面上的表面张力总是力图阻止上面的液柱向下流，但

是液柱的压力总是比表面张力大，使得该液面越来越向下突出。当液面完全支撑不

住时，就有一滴药液落下，然后该液面又重新回到管口附近，我们用h6表示上下变化的液

面的平均高度。另一个管口⑦套着一个乳胶帽，可以阻止茂菲氏滴管内外的空气流通(必要

时，护士可以用针管从该管口注入一些辅助药液)。茂菲氏滴管的下部保留一部分药液，上面存留有

(

一部分空气，S5是气、液之间的界面液面)，液面的高度记为hS5。茂菲氏滴管

(11)

下面的管口⑧与下输液管⑨连接。调节阀⑩可以调节输液速度。针头插入患者的静脉中，我

们用h0表示针头处的高度。人们常以h0为基准计算其它各处的高度(h0=0)。

(12)(13)

在插入输液瓶①的另一个针头下面，连接着一个泄气软管，该管的出口向上与周围大气

(12)3

相连，药液会通过针头流入软管。但是由于大气压力的存在，流入软管的药液液面S13会在软

管的某处自动停住，以维持软管内液柱的力平衡。U形软管3底部的高度记为

h13，液面S13的高度记为hS13,hS13可表示为hS13=h13+3h13~h13+3h13。这里，3h13表示

液面S13与软管底部的高度差，这种高差呈缓慢的周期变化，而且变化幅度不大，其平均值记为

Sh13。

这样的构成主要是为了保证输液器具有以下功能：(1)保证输液过程中输液速率①(mm

((

/s)的平稳，2)避免气泡随着药液进