血流动力学原理

1血流动力学原理2第一节流体的流动一、理想流体二、稳定流动三、连续性方程3流体的特点：流动性、粘性和可压缩性1.流动性：是流体最基本的特性2.粘性：即运动着的流体中速度不同的各流体层之间存在着沿切向的粘性阻力（内摩擦力）3.可压缩性：实际流体都是可压缩的，特别是对气体一、理想流体（idealliquid）4对于实际流体：1、像水和酒精的粘性很小，气体的粘性更小2、一般液体的可压缩性很小气体的可压缩性比较大，但对于可流动的气体，在比较小的压强下，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。所以：流动性是决定流体运动的主要因素可压缩性和粘性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5二、稳定流动（steadyflow）液体质点经过空间某一定点速度不随时间改变的流动6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：(,,,)fxyzt=v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，则这种流动叫定常流动，则：(,,)fxyz=v7A、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B、流管：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。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.9三、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。单位：量纲：13TLsm/3平均流速，SQ/10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：Q1＝Q2212211SS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。11所以：单位时间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中质量守恒2211SS实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和等于总流量，则连续性方程为：nnSSSS......22110012第二节伯努利方程丹·伯努利(DanielBernoull,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.13第二节伯努利方程及其应用一、伯努利方程丹·伯努利(DanielBernoull,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.14151617一、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18192021222324三、雷诺数★决定粘性流体在圆筒形管道中流动形态的因素：速度v、密度ρ、粘度η、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vrRe★实验证明：1000eR层流15001000eR过渡流1500eR湍流252627第四节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EghvPghvP222212112121粘性流体作稳定流动时的伯努利方程E——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。28ⅰ若粘性流体在水平等粗细管中作稳定流动，21hh21vv∵∴EPP21∴21PP因此，若使粘性流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。ⅱ若粘性流体在开放的等粗细管中作稳定流动，021PPP21vv∵∴Eghgh21因此，细管两端必须维持一定的高度差。两种特殊情况：29二、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。p即LPRQ84R——管子半径——流体粘度L——管子长度P——压强差303132333435三、斯托克斯定律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vlkf比例系数k由物体形状决定。对于球体，若半径为R，则k=6π，∴vRf6——斯托克斯定律362、收尾速度（沉降速度）当半径为R、密度为ρ的小球在粘度为η、密度为σ（ρσ）的粘性流体中竖直下落时，它所受力gRG334gRf334浮vRf6当三力达到平衡时，小球将以匀速度下落，Tv由即ffG浮RvgRgRT6343433可得922gRvT——收尾速度（沉降速度）37应用：①在已知R、ρ、σ的情况下，只要测得收尾速度便可以求出液体的粘滞系数η。②在已知η、ρ、σ的情况下，只要测得收尾速度便可以求出球体半径R。922gRvT38第五节血液在循环系统中的流动一、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。392、特性①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。②具有粘弹性③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40血流速度分布1．血液在血管中的流动基本上是连续的。2．脉搏波：传播速度约为8~10m/s，它与血液的流速不同。①截面积S是指同类血管的总截面积。②流速v是指截面上的平均流速。说明：41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。PTdttPTP01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。-=423．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。43Hemorheology微循环的基本概念1微循环的结构特点2微循环的功能特点3第六节微循环血流44Hemorheology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。动脉和静脉的横切面三种血管关系示意图静脉瓣活动示意图45Hemorheology（二）微循环的特点及脏器微血管构型1.微循环的血流特点（1）非连续性介质，是RBC与血浆的二相流。毛细血管中红细胞的个性将直接影响微血管，特别是毛细血管的血流特性。此时RBC与管壁间的作用不容忽视。46Hemorheology（2）微血管数目多毛细血管的每根长度约为0.5-1mm，全身毛细血管数目约400亿根，总长约9~11万公里，可围绕地球2周半。总长占全身血管总长的90%。（3）管径细、管壁薄微循环血管的直径100m≈15dRBC。毛细血管的直径d10m，厚度≈0.5m。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。（4）存在血浆层（5）毛细血管不可以扩张47Hemorheology（6）血压低动脉血压在细动脉中明显下降人体毛细血管平均血压为2.7kPa-3.3kPa。动脉端：4.0kPa-5.3kPa静脉端：1.3kPa-2.0kPa中段：3.3kPa48Hemorheology（7）流速慢、雷诺数Re小平均约0.4mm/s-1mm/s，有利于物质交换rvRe惯性力可忽略毛细血管中Re=10-2~10-4Re10410210110-110-2主动动脉细动毛细细静静脉(8)潜在容量大总有效面积约1000m2.49Hemorheology（9）灌流量易变细动脉的舒缩、分支口、狭窄部WBC、PLT的瞬时阻塞→血压梯度、血流速度的改变→灌注流量改变。微动脉的平滑肌有舒缩功能。这种功能可调节微血管中的流态。50Hemorheology（10）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血管壁，以保证跨毛细血管壁的物质交换。51Hemorheology微循环的流动效应微循环血流的流态1微血管中的血流效应252Hemorheology一、微循环血流的流态影响微循环流态的因素（1）心脏搏动周期性节律的影响（规律性）。（2）微血管自发节律性舒缩运动的影响（规律性）。（3）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）。（一）血液在微血管中的流动状态1.搏动流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。53Hemorheology2.间歇流微动脉、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9s。3.塞流在很细的微血管中，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速度流动，这种流动形式称之为塞流。3.血浆团流静止红细胞静止红细胞流动的两红细胞之间的血浆呈现一种特殊的“环行运动”。