血液流變學 全部課件

血液流變學 全部課件,血液流變學,全部課件,血液,流變學,全部,課件 血液流變學主要研究血液及其組分的流動與變形規(guī)律一門新興的醫(yī)學分析學科介于基礎醫(yī)學、預防醫(yī)學與臨床醫(yī)學之間血液流變學異常改變與疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關。臨床廣泛應用于預報疾病、監(jiān)測病情、輔助診斷、評價療效、估計預后等。臨床醫(yī)學和科研工作的重要手段之一血液流變性檢測的意義切變力(剪切力)：流體作層流時，相鄰流層間存在內(nèi)摩擦力（粘滯力），方向是沿層面的切線。切(剪)應力：單位面積的切變力。切(剪)變率：層流中，兩層間的速度梯度，稱切變率。反映流體在剪應力作用下變形的速率。相 關 概 念粘度（）：是流體粘滯性的量度。由流體本身的性質決定，并和溫度有關。牛頓流體：遵循牛頓粘滯定律的流體。其粘度相對恒定，即切應力與切變率成正比非牛頓流體：不遵循牛頓粘滯定律的流體。其表觀粘度（a）不是常量（即切應力與切變率不成正比），隨切變率而變化。相 關 概 念一、血液標本的采集(一)采血：坐位，清晨空腹安靜下采集肘前靜脈血。(二)抗凝：固體抗凝劑，常用肝素或乙二胺乙酸鹽(EDTA)。枸櫞酸鹽或草酸鹽易引起血細胞皺縮(三)保存：抗凝血樣室溫(1525)下密封存放(不放冰箱內(nèi))，采血后20min測量，4h內(nèi)完成(四)血漿：3000轉/分離心10min，提取上層血漿(五)測量溫度：37恒溫水浴箱，測量前充分混勻。二、檢測儀器(血液流變儀,粘度儀/計)(一)毛細管粘度計遵循泊肅葉定律設計，不適合于測量“非牛頓流體”(如全血)，不能檢測粘度與剪變率的對應關系，現(xiàn)已改進為電子-壓力傳感式粘度儀。奧氏粘度計奧氏粘度計全自動血液流變快測儀全自動血液流變快測儀(電子電子-壓力傳感式粘度儀壓力傳感式粘度儀)二、檢測儀器(血液流變儀,粘度儀/計)(二)旋轉式粘度計圓筒式：設計上存在誤差，隨兩筒間距縮小、轉數(shù)增高（剪變流場相對較均勻）而降低。錐板式：理論上無誤差，剪切率范圍較寬，可以精確地測量全血和血漿粘度。三、常用血液流變學檢測指標及臨床意義（一）血液粘度檢測全血粘度（b）血漿粘度（p）全血還原粘度（RV）1.全血粘度（b）指在不同剪切率下的表觀粘度增高表示血液粘滯性增加、流動性降低血液是非牛頓流體，所以粘度不恒定，隨切變率的變化而改變。一般在以下三個切變率下測量：低切 1/s中切 30/s高切 200/s全血粘度(1)全血粘度（低切）參考范圍：1519 mPa.s低切變率下RBC容易聚集。RBC聚集性增強，可使低切粘度增高增高的原因依次是：RBC濃度增加，血漿粘度增加，RBC聚集性增加。(2)全血粘度（高切）參考范圍：46 mPa.sRBC在高切變力作用下主要發(fā)生變形。RBC變形性差，可使高切粘度增高增高的原因依次是：RBC濃度增加；血漿粘度增加；RBC變形性降低(3)全血粘度（中切）參考范圍：68 mPa.s反映的是紅細胞既已明顯變形又無明顯聚集狀況下的血液粘度其臨床意義不及前兩者【臨床意義】全血粘度增高：引起血流阻力增加，使血流減慢，臟器血供減少，導致疾病。常見于：RBC濃度：各種病因引起的RBC增多血漿粘度：血漿蛋白和血脂增高的疾病 紅細胞流變性異常：u聚集性增加u變形性降低 【臨床意義】全血粘度降低：較少見，可見于貧血一些出血性疾?。蚨景Y、肝硬化、晚期腫瘤、鼻出血、功能性子宮出血）2.血漿粘度（p）主要是血漿的蛋白成分所形成影響最大的依次是：纖維蛋白原、球蛋白、脂類無需采用不同切變率測定（牛頓流體）參考值約為：男 0.851.99 mpa.s 女 0.821.84 mpa.s增高：見于血漿蛋白和血脂增高的疾病如多發(fā)性骨髓瘤、巨球蛋白血癥、糖尿病、高脂血癥、高血壓等降低：見于過量補液、肝功能不全、腎病、長期營養(yǎng)不良等評價微循環(huán)障礙的原因，診斷、防治血液粘度異常的疾病。【臨床意義】3.全血還原粘度（RV）指紅細胞壓積為1時的全血粘度值排除了HCT的影響，直接反映紅細胞自身流變性的改變。RV高，一定存在紅細胞流變性異常bRV意義RBC流變性異常NRBC流變性無異常，HCT 高NRBC流變性異常，HCT 低（二）紅細胞壓積（HCT）也稱紅細胞比容，指紅細胞占全血容積的百分比。影響全血粘度的重要因素，全血粘度隨紅細胞壓積增大而增大參考范圍（溫氏法）男：0.420.54 女：0.370.47（二）紅細胞壓積（HCT）毛細管法測HCT 【臨床意義】增高：u血液濃縮如大量嘔吐、腹瀉、大面積燒傷等。測HCT：了解血液濃縮程度，并作為補液量的依據(jù)。uRBC增多癥如真性RBC增高癥、肺心病、充血性心衰、慢性缺氧等。測HCT：反映病情程度，判斷療效。降低：各種貧血、血液稀釋。（三）紅細胞聚集性檢測指紅細胞之間形成聚集體的能力對低切下的血液粘度、流動性影響很大 紅細胞緡錢排列紅細胞緡錢排列正常紅細胞正常紅細胞（三）紅細胞聚集性檢測指標紅細胞沉降率(ESR，血沉）血沉方程K值紅細胞聚集指數(shù)（RE）1.紅細胞沉降率(ESR，血沉）即紅細胞的沉降速度將抗凝血放入血沉管中垂直靜置，紅細胞由于比重較大而下沉以第一小時末下沉的距離表示參考范圍：男15mm/h 女20mm/h 血沉增快的直接原因：HCT降低紅細胞聚集性增加同時測定血沉方程K值更有價值2.血沉方程K值由ESR換算的一個不依賴于HCT的指標直接、客觀地反映紅細胞的聚集性參考范圍：1494 血沉血沉K 意 義RBC聚集性高 NRBC聚集性正常，HCT 低NRBC聚集性高，HCT 高3.紅細胞聚集指數(shù)（RE）低切變率下，全血粘度主要取決于紅細胞聚集性，并且兩者升高程度呈正相關。因此用相對粘度做為紅細胞的聚集指數(shù)：RE=b/p參考值：男 1.281.44 女 1.151.47紅細胞聚集性增強：血漿中大分子蛋白質增多，使紅細胞表面負電荷減低而聚集提示易形成血栓，可用于診斷和預防血栓性疾?。ㄩ]塞性脈管炎、心肌梗死、腦梗死、高血壓）導致血流緩慢，組織缺血【臨床意義】（四）紅細胞變形性檢測紅細胞變形性（RCD）：指紅細胞在外力作用下改變其形狀的特性，即紅細胞的變形能力。決定血液高切粘度的關鍵因素對血流性質有重大影響。RCD差，高切粘度增高，血流阻力增加，影響組織器官的血液供應。1.紅細胞剛性指數(shù)IR和TK2.紅細胞變形指數(shù)DI反映RBC變形能力RBC變形性 時：l變形指數(shù) l剛性指數(shù)(硬度)【臨床意義】紅細胞變形性減低：主要見于血液病、血管栓塞性疾病、糖尿病、肝硬化、腎病等。血液病血液病(異常紅細胞異常紅細胞)（五）血小板聚集率增高：心血管疾病如冠心病、心腦梗塞、外周血管病等，還有高膽固醇和腎病等。降低：血小板減少性紫癜、巨球蛋白血癥、肝硬化、出血性疾病如流行性出血熱等。血小板聚集 血小板聚集通常是指血小板之間相互粘著的能力，是止血和血栓形成的首要基本條件?！九R床意義】（六）血小板粘附率增強時則易形成血栓：常見于缺血性疾病，如高血壓、動脈硬化、冠心病、心肌梗塞、腦血栓形成、靜脈血栓形成、糖尿病、高脂血癥等過低時易發(fā)生出血：常見于再生障礙性貧血、血小板無力癥、急性白血病、尿毒癥、肝硬化、多發(fā)性骨髓瘤等。血小板粘附于異物、傷口或粗糙表面的特性?！九R床意義】（七）體外血栓形成測定 許多疾病發(fā)生發(fā)展過程中，體內(nèi)會形成血栓阻塞血管，引起血液循環(huán)障礙。借助體外血栓形成裝置，測定血栓長度和干、濕重量，借以推測體內(nèi)形成血栓的可能程度。參考值：長度：12.0222.48mm 濕重：40.5863.2mg 干重：8.7021.30mg【臨床意義】輔助診斷和療效觀察：冠心病、腦血栓、癌癥轉移、中風類型、心肌梗塞等。判定病情：慢性支氣管炎、肺氣腫、肺心病等隨著疾病的加重，該組實驗結果會呈現(xiàn)明顯異常結果。糖尿病與血液流變性變化糖尿病與血液流變性變化 空腹血糖空腹血糖 餐后血糖餐后血糖 糖化血紅蛋白糖化血紅蛋白 您的血糖還好嗎？您的血糖還好嗎？46mmmol/L 6-7.8 46 主要內(nèi)容主要內(nèi)容了解改善糖尿病的血液流變障礙的措施了解改善糖尿病的血液流變障礙的措施 概述概述糖尿病血液流變改變及機制糖尿病血液流變改變及機制血流變障礙對機體的影響血流變障礙對機體的影響糖尿病并發(fā)癥與血液流變障礙的關系糖尿病并發(fā)癥與血液流變障礙的關系一、概述一、概述糖尿病糖尿?。╠iabetes mellitus，DM）l一組以慢性一組以慢性血糖水平增高血糖水平增高為特征的代謝性疾病為特征的代謝性疾病l胰島素胰島素分泌不足分泌不足，靶細胞對胰島素敏感性降低，靶細胞對胰島素敏感性降低（胰島素抵抗胰島素抵抗）是引起患者糖、蛋白質、脂肪、）是引起患者糖、蛋白質、脂肪、水和電解質代謝紊亂水和電解質代謝紊亂l繼心血管病、腫瘤之后的第三大非傳染性疾病繼心血管病、腫瘤之后的第三大非傳染性疾病分類（分類（19991999）1 1型糖尿?。ㄐ吞悄虿。═1DMT1DM）：）：細胞破壞，常導致細胞破壞，常導致胰島素絕對缺乏胰島素絕對缺乏 2 2型糖尿?。ㄐ吞悄虿。═2DMT2DM）：從以）：從以胰島素抵抗胰島素抵抗為主為主伴胰島素分泌不足到以胰島素分泌不足為主伴胰島素分泌不足到以胰島素分泌不足為主伴胰島素抵抗，約占伴胰島素抵抗，約占95%95%其他其他2型糖尿病型糖尿病 不同程度的不同程度的胰島素分泌不足胰島素分泌不足胰島素分泌不足胰島素分泌不足和伴和伴胰島素抵抗胰島素抵抗胰島素抵抗胰島素抵抗多多尿尿口口渴渴消消瘦瘦搔搔癢癢疲疲乏乏W.C.主要癥狀：主要癥狀：“三多一少三多一少”主要并發(fā)癥主要并發(fā)癥急性并發(fā)癥：急性并發(fā)癥：l酮癥酸中毒酮癥酸中毒l高血糖高滲狀態(tài)高血糖高滲狀態(tài)慢性并發(fā)癥：慢性并發(fā)癥：l糖尿病腎病糖尿病腎病l糖尿病視網(wǎng)膜病變糖尿病視網(wǎng)膜病變l糖尿病心臟病變：冠心病，心肌病糖尿病心臟病變：冠心病，心肌病l腦血管疾患：腦血栓、腦出血腦血管疾患：腦血栓、腦出血l神經(jīng)病變神經(jīng)病變l足部病變足部病變二、糖尿病血液流變主要改變二、糖尿病血液流變主要改變血脂改變血脂改變甘油三酯甘油三酯膽固醇膽固醇 高密度脂蛋白（高密度脂蛋白（HDLHDL）低密度脂蛋白（低密度脂蛋白（LDLLDL）血漿蛋白改變血漿蛋白改變大部分血漿蛋白大部分血漿蛋白：如：如纖維蛋白原纖維蛋白原，-球蛋白，球蛋白，-球蛋白，球蛋白，C-C-反應蛋白反應蛋白白蛋白白蛋白糖尿病糖尿病其它重要的理想指標其它重要的理想指標血壓血壓(BP):130/80mmHg(BP):130/80mmHg總膽固醇總膽固醇(TC):4.5(TC):4.5低密度膽固醇低密度膽固醇(LDL-C):2.6 (LDL-C):1.1,1.1,女女 1.3.1.3.三脂甘油三脂甘油(TG):1.7(TG):1.7不吸煙不吸煙保持理想體重保持理想體重:BMI 23:BMI 23三、血液流變障礙對機體的影響三、血液流變障礙對機體的影響四、血液流變障礙促進糖尿病四、血液流變障礙促進糖尿病并發(fā)癥發(fā)生并發(fā)癥發(fā)生糖尿病人糖尿病人75%-80%75%-80%的死亡原因的死亡原因冠心病冠心病腦卒中腦卒中周圍血管病周圍血管病慢性并發(fā)癥慢性并發(fā)癥腦血管病腦血管病心血管疾病心血管疾病神經(jīng)病變神經(jīng)病變糖尿病腎病糖尿病腎病視網(wǎng)膜病變視網(wǎng)膜病變糖尿病足糖尿病足同一患者足部壞死和截肢同一患者足部壞死和截肢足部壞死足部壞死截肢截肢截肢后再次截肢后再次感染感染五、糖尿病的血液流變學治療原則五、糖尿病的血液流變學治療原則基礎治療基礎治療改善血液流變特性障礙改善血液流變特性障礙l血液稀釋血液稀釋l改善紅細胞變形性改善紅細胞變形性l抑制血小板粘附聚集抑制血小板粘附聚集 l去纖維蛋白療法去纖維蛋白療法 Thanks for your attention！選修課選修課1 1 勾股定理勾股定理 2 2 微生物的存在微生物的存在3 3 三大運動定律三大運動定律 4 4 物質的結構物質的結構5 5 血液循環(huán)血液循環(huán) 6 6 電流電流7 7 物種進化物種進化 8 8 基因基因9 9 熱力學四大定律熱力學四大定律10 10 光的波粒二象性光的波粒二象性 塔米姆塔米姆安薩利安薩利 著作著作（10 Great Scientific Discoveries10 Great Scientific Discoveries）人類最偉大的十個科學發(fā)現(xiàn)人類最偉大的十個科學發(fā)現(xiàn) 本書的三個部分本書的三個部分上篇上篇 血液流變學的理論基礎血液流變學的理論基礎中篇中篇 血液流變學的檢測方法血液流變學的檢測方法下篇下篇 血液流變學的臨床應用血液流變學的臨床應用上篇上篇 第一章第一章 導論導論一、國內(nèi)外發(fā)展簡況一、國內(nèi)外發(fā)展簡況（一）國外情況：幾個重要事件（一）國外情況：幾個重要事件 1717世紀，英國解剖學家、醫(yī)生世紀，英國解剖學家、醫(yī)生 威廉威廉哈維（哈維（William HarveyWilliam Harvey）16281628年出版了年出版了心血運動論心血運動論 1661 1661年，意大利解剖學家、科學家年，意大利解剖學家、科學家 馬爾比基（馬爾比基（Marcello MalpighiMarcello Malpighi）首次觀察到毛細血管首次觀察到毛細血管第一節(jié)第一節(jié) 血液流變學發(fā)展回顧血液流變學發(fā)展回顧 最早的關于血液流變的現(xiàn)象：最早的關于血液流變的現(xiàn)象：16751675年年 紅細胞變形紅細胞變形 血液流變學的理論基礎：血液流變學的理論基礎：16871687年年 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 18421842年年 泊肅葉定律泊肅葉定律 流變學概念的提出流變學概念的提出 19201920年美國的物理化學家年美國的物理化學家BinghamBingham提出的。提出的。概念：研究物質的流動與變形的科學。概念：研究物質的流動與變形的科學。第一節(jié)第一節(jié) 血液流變學發(fā)展回顧血液流變學發(fā)展回顧 最早流變學會的成立最早流變學會的成立 19291929年年 美國美國 1948 1948年科普利年科普利（CopleyCopley）首次提出）首次提出“生物流變學生物流變學”19511951年年 CopleyCopley首次提出首次提出“血液流變學血液流變學”1961 1961年年 錐板旋轉粘度計錐板旋轉粘度計 第一節(jié)第一節(jié) 血液流變學發(fā)展回顧血液流變學發(fā)展回顧現(xiàn)代現(xiàn)代 CAP1000+/CAP2000+CAP1000+/CAP2000+高剪切錐板粘度計高剪切錐板粘度計 第一節(jié)第一節(jié) 血液流變學發(fā)展回顧血液流變學發(fā)展回顧（二）我國的情況：（二）我國的情況：起步很晚，起步很晚，19641964年李志山、陳文杰首次報告了年李志山、陳文杰首次報告了 人體甲襞微循環(huán)觀察的結果。人體甲襞微循環(huán)觀察的結果。國際生物流變學協(xié)會主辦的兩種學術刊物：國際生物流變學協(xié)會主辦的兩種學術刊物：Biorheology(Biorheology(生物流變學生物流變學)Ciinical Hemorheology(Ciinical Hemorheology(臨床血液流變學臨床血液流變學)第一屆血液流變學會的召開第一屆血液流變學會的召開 19661966年年 冰島冰島第一節(jié)第一節(jié) 血液流變學發(fā)展回顧血液流變學發(fā)展回顧 總體來說發(fā)展非常迅速，原因有三：總體來說發(fā)展非常迅速，原因有三：7070年代初，一些高等院校、科研所投入大量的人力和物力年代初，一些高等院校、科研所投入大量的人力和物力對血液流變學進行研究。對血液流變學進行研究。7070年代后期，我國的一些專家學者翻譯外國專著，同時邀年代后期，我國的一些專家學者翻譯外國專著，同時邀請國外學者來講學，舉辦講座，極大推動血液流變學的發(fā)展。請國外學者來講學，舉辦講座，極大推動血液流變學的發(fā)展。8080年代許多高校的研究生、本科生都開設了血液流變學課年代許多高校的研究生、本科生都開設了血液流變學課程；臨床應用普及。程；臨床應用普及。這些都促進血液流變學的迅猛發(fā)展。這些都促進血液流變學的迅猛發(fā)展。國內(nèi)發(fā)展狀況國內(nèi)發(fā)展狀況 利用掃描隧道顯微鏡（利用掃描隧道顯微鏡（STMSTM）或掃描探針）或掃描探針顯微鏡顯微鏡(SPM)(SPM)可以直接觀察材料表面的原子排可以直接觀察材料表面的原子排列；生物大分子，如列；生物大分子，如DNADNA、RNARNA和蛋白質等分子和蛋白質等分子的原子布陣；細胞結構，如紅細胞的大小、形的原子布陣；細胞結構，如紅細胞的大小、形狀、變形性；某些生物結構，如生物膜、細胞狀、變形性；某些生物結構，如生物膜、細胞壁、血管壁等的原子排列。壁、血管壁等的原子排列?，F(xiàn)代技術手段現(xiàn)代技術手段 掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunneling MicroscopeScanning Tunneling Microscope，STMSTM）掃描探針顯微鏡掃描探針顯微鏡（Scanning Probe MicroscopeScanning Probe Microscope，SPMSPM）諾貝爾獎：諾貝爾獎：Ernst RuskaErnst Ruska，Gerd BinnigGerd Binnig和和Heinrich Heinrich RohrerRohrer（魯斯卡，葛（魯斯卡，葛.賓尼，海賓尼，海.羅雷爾）分羅雷爾）分別因為發(fā)明電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡而別因為發(fā)明電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡而分享分享19861986年的諾貝爾物理學獎年的諾貝爾物理學獎掃描隧道顯微掃描隧道顯微鏡拍下的鏡拍下的DNADNA 高序石墨原子高序石墨原子通過掃描隧道顯微鏡操縱氙原子通過掃描隧道顯微鏡操縱氙原子用用3535個原子排出的個原子排出的“IBMIBM”字樣字樣納米算盤納米算盤硅表面硅表面鑲嵌了鑲嵌了4848個個FeFe原子的原子的CuCu表面，表面，4848個個FeFe原子形成原子形成電子圍欄電子圍欄，圍欄中的電子形成駐波，圍欄中的電子形成駐波一、血液流變學研究的內(nèi)容一、血液流變學研究的內(nèi)容（一）流變學一）流變學1 1、概念：是研究物質在應力的作用下流動與變、概念：是研究物質在應力的作用下流動與變形的科學，是一門獨立的學科。形的科學，是一門獨立的學科。2 2、與流體力學、彈性力學的區(qū)別：、與流體力學、彈性力學的區(qū)別：研究對象研究對象 遵從規(guī)律遵從規(guī)律 公式公式流體力學流體力學 牛頓流體牛頓流體 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 彈性力學彈性力學 彈性體剛體彈性體剛體 胡克定律胡克定律 流變學流變學 粘彈體粘彈體 無統(tǒng)一規(guī)律無統(tǒng)一規(guī)律第二節(jié)第二節(jié) 血液流變學與醫(yī)學的關系血液流變學與醫(yī)學的關系第二節(jié)第二節(jié) 血液流變學與醫(yī)學的關系血液流變學與醫(yī)學的關系（二）生物流變學（二）生物流變學1 1、概念：是研究生物物質的流變學。、概念：是研究生物物質的流變學。2 2、研究對象：生物機體內(nèi)的流變現(xiàn)象和構成生物、研究對象：生物機體內(nèi)的流變現(xiàn)象和構成生物機體的物質的流變特性。具體地說：機體的物質的流變特性。具體地說：（1 1）生物流體）生物流體（2 2）軟組織）軟組織（3 3）骨骼）骨骼（4 4）細胞質的流動與細胞的變形）細胞質的流動與細胞的變形第二節(jié)第二節(jié) 血液流變學與醫(yī)學的關系血液流變學與醫(yī)學的關系 從力學的一般原理出發(fā)從力學的一般原理出發(fā) 通通過特定的、較簡單而又易于精確控制的過特定的、較簡單而又易于精確控制的活體（離體）實驗活體（離體）實驗 建立半經(jīng)驗建立半經(jīng)驗關系關系 借助連續(xù)介質力學的一般借助連續(xù)介質力學的一般性原理性原理 建立本構方程。建立本構方程。生物流變學的基本研究方法：生物流變學的基本研究方法：第二節(jié)第二節(jié) 血液流變學與醫(yī)學的關系血液流變學與醫(yī)學的關系（1 1）血液流變學）血液流變學 （2 2）循環(huán)流變學）循環(huán)流變學（3 3）細胞流變學）細胞流變學 （4 4）分子流變學）分子流變學（5 5）生物流體流變學（）生物流體流變學（6 6）固體組織流變學）固體組織流變學生物流變學的分類：生物流變學的分類：如何無損地取樣，再在實驗過程如何無損地取樣，再在實驗過程中保證試樣能近似地處于原生理條件中保證試樣能近似地處于原生理條件之下，是離體實驗成敗的關鍵，也是之下，是離體實驗成敗的關鍵，也是生物流變學研究的難點。生物流變學研究的難點。生物流變學研究的難點：生物流變學研究的難點：第二節(jié)第二節(jié) 血液流變學與醫(yī)學的關系血液流變學與醫(yī)學的關系（三）血液流變學（三）血液流變學 1 1 概念：是研究血液及其組分以及與血液相接觸的血概念：是研究血液及其組分以及與血液相接觸的血 管的流變性質及其變化規(guī)律的學科。管的流變性質及其變化規(guī)律的學科。2 2 分類：（按照研究范圍的不同）分類：（按照研究范圍的不同）（1 1）宏觀血液流變學：把血液看作一個整體研究對象）宏觀血液流變學：把血液看作一個整體研究對象（2 2）臨床血液流變學：與診、防、療相結合）臨床血液流變學：與診、防、療相結合 （3 3）細胞血液流變學：）細胞血液流變學：WBCWBC、RBCRBC、PLTPLT（4 4）分子血液流變學：微觀范疇）分子血液流變學：微觀范疇第二節(jié)第二節(jié) 血液流變學與醫(yī)學的關系血液流變學與醫(yī)學的關系課外知識介紹課外知識介紹 2005 2005年年5 5月月3131至至6 6月月3 3日，第十二屆國際生物流變學大會日，第十二屆國際生物流變學大會暨第五屆國際臨床血液流變學大會在重慶市隆重召開。暨第五屆國際臨床血液流變學大會在重慶市隆重召開。國際生物流變學會（國際生物流變學會（ISBISB）及國際臨床血液流變學會）及國際臨床血液流變學會（ISCHISCH）按照其組織章程及慣例每）按照其組織章程及慣例每3 3到到4 4年舉辦一次國際生物年舉辦一次國際生物流變學大會暨國際臨床血液流變學大會（流變學大會暨國際臨床血液流變學大會（International International Congress of Biorheology(ICB)&International Congress of Biorheology(ICB)&International Conference of Clinical Hemorheology(ICCH)Conference of Clinical Hemorheology(ICCH)）。）。ICB ICB和和ICCHICCH是國際生物流變學及臨床血液流變學領域的是國際生物流變學及臨床血液流變學領域的重要國際學術會議，猶如生物流變學領域的奧林匹克。重要國際學術會議，猶如生物流變學領域的奧林匹克。第二節(jié)第二節(jié) 血液流變學與醫(yī)學的關系血液流變學與醫(yī)學的關系二、血液流變學在臨床醫(yī)學中的應用二、血液流變學在臨床醫(yī)學中的應用它與醫(yī)學的聯(lián)系主要體現(xiàn)在以下幾方面：它與醫(yī)學的聯(lián)系主要體現(xiàn)在以下幾方面：1 1、血液流變學提出了血液粘滯異常綜合征、血液流變學提出了血液粘滯異常綜合征（1 1）血液流變學指標：全血粘度、血漿粘度、）血液流變學指標：全血粘度、血漿粘度、紅細胞壓積紅細胞壓積HCTHCT、紅細胞的變形性與聚集性、紅細胞的變形性與聚集性、血小板血小板PLTPLT的聚集與粘附等。的聚集與粘附等。（2 2）應用：高、低粘滯異常綜合征的提出與）應用：高、低粘滯異常綜合征的提出與疾病的診治、預防的關系。疾病的診治、預防的關系。第二節(jié)第二節(jié) 血液流變學與醫(yī)學的關系血液流變學與醫(yī)學的關系2 2、血液流變學在疾病診斷和防治中的應用：、血液流變學在疾病診斷和防治中的應用：以血液流變學的指標為依據(jù)：以血液流變學的指標為依據(jù)：3 3、血液流變學在疾病治療中的應用：、血液流變學在疾病治療中的應用：4 4、血液流變學是研究微循環(huán)的基礎。、血液流變學是研究微循環(huán)的基礎。第一節(jié)第一節(jié) 血液流變學發(fā)展回顧血液流變學發(fā)展回顧國際總趨勢：國際總趨勢：1 1、血液流變學研究的方向：、血液流變學研究的方向：（1 1）日本的岡小天的八個課題。）日本的岡小天的八個課題。（2 2）國際流變學會提出的）國際流變學會提出的2020個專題。個專題。血液流變學未來發(fā)展趨勢血液流變學未來發(fā)展趨勢 第一節(jié)第一節(jié) 血液流變學發(fā)展回顧血液流變學發(fā)展回顧2 2、血液流變學發(fā)展的總趨勢：、血液流變學發(fā)展的總趨勢：（1 1）由宏觀到微觀，從細胞水平到分子水）由宏觀到微觀，從細胞水平到分子水平。平。（2 2）重視臨床醫(yī)學研究和應用。）重視臨床醫(yī)學研究和應用。（3 3）血液流變學和其他學科相結合，擴展）血液流變學和其他學科相結合，擴展到生命科學的許多領域。到生命科學的許多領域。血液流變學未來發(fā)展趨勢血液流變學未來發(fā)展趨勢 第一節(jié)第一節(jié) 血液流變學發(fā)展回顧血液流變學發(fā)展回顧1 1、細胞血液流變學、細胞血液流變學2 2、分子血液流變學、分子血液流變學3 3、血管、血管4 4、微循環(huán)、微循環(huán)5 5、電、磁血液流變學、電、磁血液流變學6 6、血液流變性與心、腦血管疾病相互影響的機理、血液流變性與心、腦血管疾病相互影響的機理7 7、血液凝固與血栓形成、血液凝固與血栓形成8 8、血液流變學與人工器官、血液流變學與人工器官我國的發(fā)展方向重點我國的發(fā)展方向重點第一節(jié)第一節(jié) 血液流變學發(fā)展回顧血液流變學發(fā)展回顧9 9、血液流變學與藥理學、血液流變學與藥理學1010、血液流變學在疾病診、防、治中的應用、血液流變學在疾病診、防、治中的應用1111、血液流變學與中醫(yī)血淤癥、血液流變學與中醫(yī)血淤癥1212、血液流變學檢測儀器創(chuàng)新與標準化、血液流變學檢測儀器創(chuàng)新與標準化1313、血液流變學檢測指標的開發(fā)與優(yōu)化、血液流變學檢測指標的開發(fā)與優(yōu)化1414、血液流變學檢測指標的改進與規(guī)范化、血液流變學檢測指標的改進與規(guī)范化1515、血液流變學涉及的其他基礎問題與應用問題、血液流變學涉及的其他基礎問題與應用問題第一節(jié)第一節(jié) 應變與應力應變與應力第二節(jié)第二節(jié) 物體的彈性和塑性物體的彈性和塑性第第三節(jié)三節(jié) 流體的粘滯性流體的粘滯性第四節(jié)第四節(jié) 園管中的流動園管中的流動-泊肅葉定律泊肅葉定律第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性第一節(jié)第一節(jié) 應變與應力應變與應力 形變現(xiàn)象形變現(xiàn)象水隨形變，變則生，不變則死，水隨形變，變則生，不變則死，我們之所以能走路，能奔跑，我們之所以能走路，能奔跑，就是因為腳掌發(fā)生了形變。就是因為腳掌發(fā)生了形變。臉部發(fā)生形變，才展現(xiàn)出豐富的表情。臉部發(fā)生形變，才展現(xiàn)出豐富的表情。人臉造型與人臉表情動畫研究就人臉造型與人臉表情動畫研究就是研究臉部各塊的形變規(guī)律。是研究臉部各塊的形變規(guī)律。第一節(jié)第一節(jié) 應變與應力應變與應力 （1 1）概念：物體在外力的作用下，其形）概念：物體在外力的作用下，其形 狀和大小發(fā)生改變。狀和大小發(fā)生改變。（2 2）分類一：）分類一：拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉 形變形變第一節(jié)第一節(jié) 應變與應力應變與應力拉伸拉伸壓縮壓縮彎曲彎曲剪切剪切扭轉扭轉第一節(jié)第一節(jié) 應變與應力應變與應力 彈性形變彈性形變：形變不超過一定限度，：形變不超過一定限度，撤去外力后，物體能夠完全恢復原狀的撤去外力后，物體能夠完全恢復原狀的形變。形變。塑性形變塑性形變：形變超過一定限度，撤：形變超過一定限度，撤去外力后，物體不能夠完全恢復原狀的去外力后，物體不能夠完全恢復原狀的形變。形變。形變形變（2 2）分類二：）分類二：第一節(jié)第一節(jié) 應變與應力應變與應力（1 1）概念：物體發(fā)生形變時，變化的）概念：物體發(fā)生形變時，變化的 相對量。相對量。物理意義：描述形變的程度。物理意義：描述形變的程度。（2 2）應變的分類）應變的分類一、應變一、應變線應變線應變體應變體應變切應變切應變線應變線應變F F 第一節(jié)第一節(jié) 應變與應力應變與應力體應變體應變FF物體受到壓力時體積變化而形狀不變，則物體受到壓力時體積變化而形狀不變，則體積的變化量與原體積之比稱為體應變。體積的變化量與原體積之比稱為體應變。用用表示。表示。特點：只有體積變化而形狀不變。特點：只有體積變化而形狀不變。第一節(jié)第一節(jié) 應變與應力應變與應力物體上兩互相垂直的微物體上兩互相垂直的微小線段，在其形變后其小線段，在其形變后其角度的改變值。角度的改變值。切應變切應變 應變特點：應變特點：沒單位的純數(shù)沒單位的純數(shù),與原來的長度、體積或形狀與原來的長度、體積或形狀都沒關系。都沒關系。特點：體積不變、形狀特點：體積不變、形狀改變改變。應變率應變率 應變隨時間的變化率，即單位時間內(nèi)增加應變隨時間的變化率，即單位時間內(nèi)增加或減少的應變稱為應變率（或減少的應變稱為應變率（strain ratestrain rate）。）。應變率是表征材料快速變形的一種量度，應變率是表征材料快速變形的一種量度，它描述的是材料的變形速率。其單位為它描述的是材料的變形速率。其單位為 。第一節(jié)第一節(jié) 應變與應力應變與應力二、應力二、應力 外力、內(nèi)力（分子力）外力、內(nèi)力（分子力）應力：應力：物體內(nèi)單位面積上的內(nèi)力。物體內(nèi)單位面積上的內(nèi)力。第一節(jié)第一節(jié) 應變與應力應變與應力表達式：表達式：法向應力：法向應力：切向應力：切向應力：應力是矢量應力是矢量，單位，單位N/mN/m2 2（牛頓（牛頓/米米2 2）應力形變時的內(nèi)力應力形變時的內(nèi)力/內(nèi)力作用面積內(nèi)力作用面積 為正表示張應力，為正表示張應力，為負表示壓應力，為負表示壓應力，SS，稱為正應力（法向應力）。稱為正應力（法向應力）。張應力和壓應力張應力和壓應力(tensile stress and compressive stress)(tensile stress and compressive stress)當物體在外力作用下受到拉伸或壓縮時，其內(nèi)部單位面當物體在外力作用下受到拉伸或壓縮時，其內(nèi)部單位面積上的力，用積上的力，用表示。表示。切應力切應力（shear stressshear stress）：）：當物體在外力作用下產(chǎn)生剪切形變時，其內(nèi)部單當物體在外力作用下產(chǎn)生剪切形變時，其內(nèi)部單位面積上的力，與切應變對應，用位面積上的力，與切應變對應，用表示表示 。體壓強體壓強 (pressure(pressure）：）：當物體在外力作用下產(chǎn)生體積變化時，若物體當物體在外力作用下產(chǎn)生體積變化時，若物體是各向同性的，則其內(nèi)部在各個方向的截面上都有是各向同性的，則其內(nèi)部在各個方向的截面上都有同樣大小的壓應力，即具有同樣的壓強。同樣大小的壓應力，即具有同樣的壓強。體應變的應力可用壓強體應變的應力可用壓強P P表示。表示。物理意義：物理意義：應力反映了物體發(fā)生形變時內(nèi)力的應力反映了物體發(fā)生形變時內(nèi)力的分布情況分布情況。第一節(jié)第一節(jié) 應變與應力應變與應力 應力的物理意義應力的物理意義 應力具有局部特征，可以表示相應位置應力具有局部特征，可以表示相應位置上的受力強度，它的物理意義反映了物體發(fā)上的受力強度，它的物理意義反映了物體發(fā)生形變時的內(nèi)力分布情況。生形變時的內(nèi)力分布情況。應變與應力的關系應變與應力的關系 一一對應關系，即什么樣的應力產(chǎn)生什一一對應關系，即什么樣的應力產(chǎn)生什么樣的應變。張應力、壓應力么樣的應變。張應力、壓應力（P P）、剪應力。、剪應力。應力與形變的關系應力與形變的關系一般來說，同一個彈性體，應力越大，一般來說，同一個彈性體，應力越大，形變越大。形變越大。第二節(jié)第二節(jié) 物體的彈性和塑性物體的彈性和塑性一、物體的彈性一、物體的彈性1.1.受外力后變形，且有恢復原受外力后變形，且有恢復原 狀的反彈力；狀的反彈力；2.2.在極限范圍內(nèi)，外力消失后在極限范圍內(nèi)，外力消失后 會恢復原狀；會恢復原狀；3.3.在極限范圍內(nèi)，伸長或壓縮的程度在極限范圍內(nèi)，伸長或壓縮的程度與所加外力的大小有一定的關系。與所加外力的大小有一定的關系。三大特點：三大特點：1 1、正比極限和彈性極限：正比極限和彈性極限：如圖所示：如圖所示：曲線的曲線的oaoa段，段，應力和應變成正比關系。應力和應變成正比關系。從從a a點起，直線開始彎曲，點起，直線開始彎曲，標志著應力和應變的正比標志著應力和應變的正比關系被破壞，因此關系被破壞，因此a a點叫做點叫做正比極限正比極限一、物體的彈性一、物體的彈性第二節(jié)第二節(jié) 物體的彈性和塑性物體的彈性和塑性2 2、抗張（抗壓）強度、抗張（抗壓）強度 ：3 3、展性和脆性：、展性和脆性：一、物體的彈性一、物體的彈性胡克定律：胡克定律：應力不超過一定極限（應力不超過一定極限（正比極正比極限范圍內(nèi)限范圍內(nèi)），應力與應變成正比。），應力與應變成正比。遵從的規(guī)律遵從的規(guī)律第二節(jié)第二節(jié) 物體的彈性和塑性物體的彈性和塑性即：即：應力應力=彈性模量彈性模量*相關應變相關應變 張應力張應力張應變張應變 ，壓應力，壓應力壓應變，壓應變，壓強壓強體應變，體應變，剪應力剪應力剪應變剪應變。1 1、楊氏模量、楊氏模量（Youngs modulusYoungs modulus）：）：E=E=/=（F/SF/S）/（L/LL/L0 0）=F L=F L0 0/SL/SL=EE2 2、體變模量、體變模量（bulk modulusbulk modulus）：）：體變時，正比極限內(nèi)，壓強體變時，正比極限內(nèi)，壓強P P與體應變與體應變的比值。的比值。即：即：K=K=P/=P/=P VP V0 0/V/V，“”號表號表PV PV。體變模量的倒數(shù)稱為體變模量的倒數(shù)稱為壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)（compressibilitycompressibility），用），用k k表示，則有表示，則有k=1/K=k=1/K=V/PVV/PV0 0。k k越大越易壓縮。越大越易壓縮。注意：注意：P P是壓強的增值是壓強的增值,為正，為正，VV為負，為負，K K總是一正數(shù)總是一正數(shù) 3 3、切變模量、切變模量（shear modulusshear modulus）：）：在在切切變變情情況況下下，在在正正比比極極限限范范圍圍內(nèi)內(nèi)，切切應力與切應變之比。即：應力與切應變之比。即：F/S=Gx/d=G =G =G第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律一、速度梯度與剪變率一、速度梯度與剪變率（一）速度梯度（一）速度梯度1 1、概念：、概念：在流體中某處，速度正在其垂直方向上在流體中某處，速度正在其垂直方向上的變化率稱為該處的速度梯度。的變化率稱為該處的速度梯度。2 2、表示：、表示：如果在如果在X X方向的微小距離方向的微小距離X X上，流速增上，流速增量為量為V V，則速度梯度為則速度梯度為V/XV/X，微分學中微分學中單位：單位：s s-1-1（1/1/秒）秒）3 3、物理意義：、物理意義：描述速度隨空間變化程度的物理量。描述速度隨空間變化程度的物理量?？臻g某點附近流速不同，該處就存在速度梯度?？臻g某點附近流速不同，該處就存在速度梯度。第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律是一種特殊的流動方是一種特殊的流動方式。流體的流動形態(tài)式。流體的流動形態(tài)是定常流動，且速度是定常流動，且速度是從是從0 0自下而上正比例自下而上正比例地增加到地增加到v v0 0。4 4、庫厄特流動及、庫厄特流動及速度梯度速度梯度 庫厄特流動：庫厄特流動：第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 由圖可見在位置由圖可見在位置x x和和x+xx+x上，流速分別為上，流速分別為v v和和v+vv+v，其速度梯度為：，其速度梯度為：由于流速是正比例由于流速是正比例增加的，所以增加的，所以 可見庫厄特流動的速度梯可見庫厄特流動的速度梯度是定值，處處相等。度是定值，處處相等。庫厄特流動的速度梯度：庫厄特流動的速度梯度：第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律二、剪變率與速度梯度的關系二、剪變率與速度梯度的關系 剪應變隨時間的變化率，即剪應變隨時間的變化率，即在定常流動中，任一處的剪變率與該處的在定常流動中，任一處的剪變率與該處的速度梯度相等。證明如下：速度梯度相等。證明如下：或或單位：單位：s s-1-1 剪變率概念：剪變率概念：剪變率與速度的關系：剪變率與速度的關系：第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律如如圖圖所示，所示，t=0t=0時刻，時刻，設想在層流的液體中劃設想在層流的液體中劃出一微小的長方體體元出一微小的長方體體元ABCDABCD部分。部分。BCBC層的流速層的流速為為v v，ADAD層流速為層流速為v+v+vv。經(jīng)過。經(jīng)過t t時間，時間，ABCDABCD部分發(fā)生剪切形變，變部分發(fā)生剪切形變，變成成ABCDABCD形狀，形狀，AA=AA=v.tv.t,其剪應變?yōu)槠浼魬優(yōu)樽C明：證明：第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 由于體元的位置是任由于體元的位置是任意選取的意選取的,且在定常流動且在定常流動中中,各處的速度梯度不隨各處的速度梯度不隨時間而變化時間而變化.可見剪應變可見剪應變與時間與時間t t呈正比呈正比,所以所以速度梯度速度梯度第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律即即:二、牛頓粘滯定律二、牛頓粘滯定律1 1、層流：流體流動平穩(wěn)，呈現(xiàn)層狀，、層流：流體流動平穩(wěn)，呈現(xiàn)層狀，各層流速不同，各層間只作相對滑動，各層流速不同，各層間只作相對滑動，而無粒子相互混雜。而無粒子相互混雜。定常流動中，任一處的剪變率與該處的定常流動中，任一處的剪變率與該處的速度梯度相等。速度梯度相等。剪變率剪變率速度梯度速度梯度得證得證第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 是由于相鄰兩層流體互相接觸，流速是由于相鄰兩層流體互相接觸，流速不同而產(chǎn)生的。其大小及影響因素由牛頓不同而產(chǎn)生的。其大小及影響因素由牛頓粘滯定律來描述。粘滯定律來描述。或或牛頓粘滯定律的其他表現(xiàn)形式：牛頓粘滯定律的其他表現(xiàn)形式：或或 內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力F F（粘滯力）（粘滯力）第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律牛頓流體：粘度為常量牛頓流體：粘度為常量非牛頓流體：粘度為變量非牛頓流體：粘度為變量（賓漢流體除外）（賓漢流體除外）注意：溫度一定的條件。注意：溫度一定的條件。比例系數(shù)比例系數(shù) ：粘度：粘度物理意義：物理意義：量度流體粘性大小的物理量，它是量度流體粘性大小的物理量，它是由流體的性質決定的，并受溫度的影響。由流體的性質決定的，并受溫度的影響。單位：單位：pa.spa.s（帕斯卡（帕斯卡.秒）秒）流體的分類：流體的分類：第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律氣體：氣體分子定向動量的輸運。氣體：氣體分子定向動量的輸運。液體：分子間作用力。液體：分子間作用力。微觀分析產(chǎn)生內(nèi)摩擦力微觀分析產(chǎn)生內(nèi)摩擦力F F（粘滯力）（粘滯力）的原因的原因 影響內(nèi)摩擦力影響內(nèi)摩擦力F F（粘滯力）（粘滯力）的因素的因素粘度：粘度：不同流體粘度不同。不同流體粘度不同。溫度：溫度：液體溫度升高粘度降低；液體溫度升高粘度降低；氣體溫度升高粘度增大。氣體溫度升高粘度增大。壓強：壓強：高壓下，液體、氣體粘度都增大。高壓下，液體、氣體粘度都增大。注意：注意：液體間只有滑動摩擦，無靜摩擦。液體間只有滑動摩擦，無靜摩擦。第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律的牛頓粘滯定律的應用：應用：此定律是設計旋轉粘度計的理論依據(jù)！此定律是設計旋轉粘度計的理論依據(jù)！旋轉式粘度測量方法旋轉式粘度測量方法:原理是以一個能以不同轉速主動旋轉的物原理是以一個能以不同轉速主動旋轉的物體體,通過對被測液體的作用通過對被測液體的作用,帶動與其有同軸心帶動與其有同軸心的另一個物體被動地旋轉并產(chǎn)生一定大小的力的另一個物體被動地旋轉并產(chǎn)生一定大小的力阻阻,只要知道主動旋轉物體的幾何形狀只要知道主動旋轉物體的幾何形狀,旋轉速旋轉速度以及被動旋轉物體所產(chǎn)生的力距大小度以及被動旋轉物體所產(chǎn)生的力距大小,就可就可以計算出被測液體所受的切應力和產(chǎn)生的切變以計算出被測液體所受的切應力和產(chǎn)生的切變率率,利用公式利用公式 ,即可計算出被測液即可計算出被測液體的粘度。體的粘度。第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 目前常用的有錐板式粘度計和圓桶式粘度目前常用的有錐板式粘度計和圓桶式粘度計。主要結構為一旋轉的圓桶或圓板和同軸心計。主要結構為一旋轉的圓桶或圓板和同軸心的內(nèi)層圓桶或圓錐的內(nèi)層圓桶或圓錐,兩者之間狹窄的縫隙為被兩者之間狹窄的縫隙為被測液體樣品測液體樣品,內(nèi)層靠金屬扭絲懸吊起來。最大內(nèi)層靠金屬扭絲懸吊起來。最大優(yōu)點是可以通過改變旋轉速度改變切變率優(yōu)點是可以通過改變旋轉速度改變切變率,可可以測量很廣范圍內(nèi)切變率以測量很廣范圍內(nèi)切變率(0.04-4000S(0.04-4000S-1-1)下的下的液體粘度。此外液體粘度。此外,兩旋轉物體間縫隙很小兩旋轉物體間縫隙很小,故取故取很少的液體樣品即可測量很少的液體樣品即可測量,并有很高的精確度并有很高的精確度,尤其適用于全血粘度的測量。尤其適用于全血粘度的測量。第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律二、牛頓流體和非牛頓流體二、牛頓流體和非牛頓流體（一）牛頓流體（一）牛頓流體:遵循牛頓粘滯定律的流體遵循牛頓粘滯定律的流體稱為牛頓流體（稱為牛頓流體（Newtonian fluidNewtonian fluid）牛頓流體是均勻單一的流體，這種流體的粘度在一定溫度下具有恒定的數(shù)值，牛頓流體的切應力與切變率成正比，則其切應力與切變率的關系曲線即流體曲線是一條通過原點的直線，如圖2-9所示。流動曲線的斜率就是牛頓流體的粘度，第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律圖29 牛頓流體的流動曲線 圖210 牛頓流體的常粘度特性 第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 非牛頓流體力學是由流變學發(fā)展起來的研究非牛頓非牛頓流體力學是由流變學發(fā)展起來的研究非牛頓流體應力和應變的關系和非牛頓流體流動問題的分支學流體應力和應變的關系和非牛頓流體流動問題的分支學科。科。非牛頓流體是剪應力和剪切變形速率之間不滿足線非牛頓流體是剪應力和剪切變形速率之間不滿足線性關系的流體（不滿足牛頓粘滯定律）。性關系的流體（不滿足牛頓粘滯定律）。自然界中存在著大量非牛頓流體，例如油脂、油漆自然界中存在著大量非牛頓流體，例如油脂、油漆、牛奶、牙膏、動物血液、泥漿等。、牛奶、牙膏、動物血液、泥漿等。非牛頓流體力學在化學纖維工業(yè)、塑料工業(yè)、石油非牛頓流體力學在化學纖維工業(yè)、塑料工業(yè)、石油工業(yè)、化學工業(yè)、輕工業(yè)、食品工業(yè)等許多部門有廣泛工業(yè)、化學工業(yè)、輕工業(yè)、食品工業(yè)等許多部門有廣泛的應用。的應用。（二）非牛頓流體及非牛頓流體的流變性（二）非牛頓流體及非牛頓流體的流變性第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律非牛頓流體的切應力非牛頓流體的切應力 是切變率是切變率 的函數(shù)，可表示的函數(shù)，可表示為為 。如果仍用切應力與切變率之比來定義。如果仍用切應力與切變率之比來定義粘度，稱為表觀粘度，用符號粘度，稱為表觀粘度，用符號 表示，即表示，即 非牛頓流體的表觀粘度不是常量，即切應力與切變率非牛頓流體的表觀粘度不是常量，即切應力與切變率不是正比關系，在不同切變率下有不同的表觀粘度，不是正比關系，在不同切變率下有不同的表觀粘度，的變化規(guī)律隨流體性不同而不同的變化規(guī)律隨流體性不同而不同 （二）非牛頓流體及非牛頓流體的流變性（二）非牛頓流體及非牛頓流體的流變性第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律非牛頓流體力學的研究始于非牛頓流體力學的研究始于18671867年年J.C.J.C.麥克斯韋麥克斯韋提出線性提出線性粘彈性模型，由于粘彈性流體問題復雜以及當時流體力學大量粘彈性模型，由于粘彈性流體問題復雜以及當時流體力學大量的研究工作主要集中在的研究工作主要集中在牛頓流體牛頓流體方面，所以進展十分緩慢。第方面，所以進展十分緩慢。第二次世界大戰(zhàn)結束后二次世界大戰(zhàn)結束后,化學纖維、塑料、石油等工業(yè)的迅速發(fā)化學纖維、塑料、石油等工業(yè)的迅速發(fā)展，向展，向非牛頓流體力學非牛頓流體力學提出了社會需求提出了社會需求;應用數(shù)學、流體力學應用數(shù)學、流體力學等學科的不斷提高等學科的不斷提高,為非牛頓流體力學提供理論基礎。為非牛頓流體力學提供理論基礎。19501950年年J.G.J.G.奧爾德羅伊德奧爾德羅伊德提出建立非牛頓流體本構方程的基本原理，提出建立非牛頓流體本構方程的基本原理，把線性粘彈性理論推廣到非線性范圍。把線性粘彈性理論推廣到非線性范圍。以后，以后，W.W.諾爾、諾爾、J.L.J.L.埃埃里克森、里克森、R.S.R.S.里夫林、里夫林、C.C.特魯斯德爾等人對非線性粘彈性理論特魯斯德爾等人對非線性粘彈性理論的發(fā)展也作出貢獻。的發(fā)展也作出貢獻。19761976年年K.K.沃爾特斯等人創(chuàng)辦國際性專門刊沃爾特斯等人創(chuàng)辦國際性專門刊物物非牛頓流體力學雜志非牛頓流體力學雜志(Journal of Non-Newtonian Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics)Fluid Mechanics)。7070年代后期出版了非牛頓流體力學、聚合年代后期出版了非牛頓流體力學、聚合物加工、流變技術等非牛頓流體力學的物加工、流變技術等非牛頓流體力學的專門著作。專門著作。非牛頓流體非牛頓流體力學已發(fā)展成為一個獨立的學科。力學已發(fā)展成為一個獨立的學科。簡簡 史史 1 1、流動曲線：、流動曲線：2 2、本構方程：、本構方程：描述流體流變性兩種基本方法：描述流體流變性兩種基本方法：第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律塑性流體在管中流動時，塑性流體在管中流動時，軸線附近的塑性流體軸線附近的塑性流體所受的剪應力小于它的屈服應力，所受的剪應力小于它的屈服應力，因此這種流因此這種流體類似固體在管中平移；壁面附近的流體則因體類似固體在管中平移；壁面附近的流體則因剪應力超過屈服應力而處于流動狀態(tài)。剪應力超過屈服應力而處于流動狀態(tài)。牛頓流體與塑性流體的流動形態(tài)牛頓流體與塑性流體的流動形態(tài)第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律非牛頓流體分類：非牛頓流體分類：標準：有無屈服應力標準：有無屈服應力非牛頓流體分類非牛頓流體分類 有屈服應力有屈服應力無屈服應力無屈服應力膨脹性流體膨脹性流體假塑性流體假塑性流體脹塑性流體脹塑性流體擬塑性流體擬塑性流體賓漢流體賓漢流體第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律此類流體沒有屈服應力，剪變率再小也能流動，此類流體沒有屈服應力，剪變率再小也能流動，所以他們的所以他們的流動曲線都過坐標原點。流動曲線都過坐標原點。按照粘度隨按照粘度隨剪變率的變化規(guī)律，分為兩類：剪變率的變化規(guī)律，分為兩類：（1 1）膨脹性流體：）膨脹性流體：流動曲線過坐標原點，流動曲線過坐標原點，隨著剪變率增大而逐漸隨著剪變率增大而逐漸向縱軸彎曲。向縱軸彎曲。特點：特點：粘度隨流體剪變粘度隨流體剪變率增大而增大。率增大而增大。無屈服應力非牛頓流體無屈服應力非牛頓流體如曲線如曲線a a所示所示第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律（2 2）假塑性流體假塑性流體 流動曲線過坐流動曲線過坐標原點，隨著剪變標原點，隨著剪變率增大而逐漸向橫率增大而逐漸向橫軸彎曲。軸彎曲。特點：特點：粘度隨流體粘度隨流體剪變率增大而減小。剪變率增大而減小。無屈服應力非牛頓流體無屈服應力非牛頓流體如曲線如曲線C C所示所示第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 亦稱塑性流體，存在屈服應力，只有流體的剪亦稱塑性流體，存在屈服應力，只有流體的剪應力超過屈服應力時，流體才會流動。因此，流體應力超過屈服應力時，流體才會流動。因此，流體的的流動曲線都不過坐標原點，而是在縱軸上有截距。流動曲線都不過坐標原點，而是在縱軸上有截距。按照粘度隨剪變率的變化規(guī)律，分為三類：按照粘度隨剪變率的變化規(guī)律，分為三類：有屈服應力非牛頓流體有屈服應力非牛頓流體第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律（1 1）脹塑性流體（脹塑性流體（屈服屈服-膨膨脹性流體脹性流體）：）：此類流體存在屈服應此類流體存在屈服應力，屈服力的大小因流體力，屈服力的大小因流體的性質而定。流動曲線與的性質而定。流動曲線與縱軸相交，隨著剪變率增縱軸相交，隨著剪變率增大而逐漸向縱軸彎曲。大而逐漸向縱軸彎曲。特點：特點：粘度隨著剪變率增粘度隨著剪變率增大而增大。大而增大。有屈服應力非牛頓流體有屈服應力非牛頓流體如曲線如曲線a a所示所示第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律（2 2）擬塑性流體（擬塑性流體（屈服屈服-假假塑性塑性流體）流體）：此類流體存在屈服應此類流體存在屈服應力，屈服力的大小因流體力，屈服力的大小因流體的性質而定。流動曲線與的性質而定。流動曲線與縱軸相交，隨著剪變率增縱軸相交，隨著剪變率增大而逐漸向橫軸彎曲。大而逐漸向橫軸彎曲。特點：特點：粘度隨著剪變率增粘度隨著剪變率增大而減小。大而減小。血液即是此類。血液即是此類。有屈服應力非牛頓流體有屈服應力非牛頓流體如曲線如曲線C C所示所示第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 有屈服應力非牛頓流體有屈服應力非牛頓流體如曲線如曲線b b所示所示（3 3）賓漢流體）賓漢流體：此類流體存在屈服應力，此類流體存在屈服應力，當剪應力超過屈服應力后流當剪應力超過屈服應力后流變性與牛頓流體相似，是一變性與牛頓流體相似，是一條過縱軸的直線。條過縱軸的直線。當溫度一定時，其粘度是常當溫度一定時，其粘度是常量。量。第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律有些非牛頓流體，它的表觀粘度有些非牛頓流體，它的表觀粘度 不僅與不僅與切變率切變率 有關，還與切變持續(xù)時間有關。有關，還與切變持續(xù)時間有關。在一定切變率下，表觀粘度隨時間減小的在一定切變率下，表觀粘度隨時間減小的流體叫做流體叫做觸變性流體觸變性流體（thixotropicthixotropic fluidfluid）；而在一定切變率下，表觀粘度隨）；而在一定切變率下，表觀粘度隨時間增大的流體叫做時間增大的流體叫做震凝性流體震凝性流體（rheopecticrheopectic fluid fluid）。）。第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律所有的非牛頓流體的屈服所有的非牛頓流體的屈服應力都相同嗎？應力都相同嗎？屈服應力跟流體屈服應力跟流體的性質有關，不同的的性質有關，不同的非牛頓流體的屈服應非牛頓流體的屈服應力一般都不同，即各力一般都不同，即各曲線中的曲線中的不不同。同。第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 每一個剪變率對應一個粘度，稱為每一個剪變率對應一個粘度，稱為表觀粘度。表觀粘度。（1 1）定義式）定義式二、表觀粘度二、表觀粘度 牛頓流體的粘度牛頓流體的粘度 非牛頓流體的粘度非牛頓流體的粘度第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律（2 2）圖解法）圖解法二、表觀粘度二、表觀粘度有屈服應力有屈服應力無屈服應力無屈服應力Aj第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律三、三、非牛頓流體的本構方程非牛頓流體的本構方程本構方程本構方程 牛頓流體的本構方程：牛頓流體的本構方程：非牛頓流體的本構方程：非牛頓流體的本構方程：卡森方程等多種形式卡森方程等多種形式描述流體切應力與切變率之間關系的方程，叫做流體描述流體切應力與切變率之間關系的方程，叫做流體的本構方程，又稱為流體的流變方程。牛頓粘滯定律的本構方程，又稱為流體的流變方程。牛頓粘滯定律就是牛頓流體的本構方程。非牛頓流體不同于牛頓流就是牛頓流體的本構方程。非牛頓流體不同于牛頓流體，它沒有一個單一的本構方程，因為非牛頓流體類體，它沒有一個單一的本構方程，因為非牛頓流體類型繁多，特性各異，不能用一個統(tǒng)一的本構方程就能型繁多，特性各異，不能用一個統(tǒng)一的本構方程就能描述它們?nèi)w。描述它們?nèi)w。第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 賓漢模式：賓漢模式：賓漢模式常用來描述塑性賓賓漢模式常用來描述塑性賓漢流體的流變性。漢流體的流變性。或 表達式表達式賓漢流體的表觀粘度為賓漢流體的表觀粘度為 第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 冪律模式：冪律模式：冪律模式常被用來描述假塑性冪律模式常被用來描述假塑性流體和膨脹性流體的流變性流體和膨脹性流體的流變性 表達式表達式式中式中K K為稠度系數(shù)為稠度系數(shù)，取決于流體的性質，取決于流體的性質，國際單位為國際單位為PaSPaSn n；n n為流變指數(shù)（或稱流為流變指數(shù)（或稱流性指數(shù)），無量綱，其值的大小表征了該性指數(shù)），無量綱，其值的大小表征了該流體偏離牛頓流體的程度。流體偏離牛頓流體的程度。第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律對于假塑性流體來說，對于假塑性流體來說，；對于膨脹性流；對于膨脹性流體來說，體來說，；當；當 時，上式即為牛時，上式即為牛頓流體的本構方程；頓流體的本構方程；n n與與1 1的差值越大，表的差值越大，表明該假塑性流體或膨脹性流體的流變性偏明該假塑性流體或膨脹性流體的流變性偏離牛頓流體越遠，符合冪律模式的流體簡離牛頓流體越遠，符合冪律模式的流體簡稱稱冪律流體。冪律流體。冪律流體的表觀粘度為冪律流體的表觀粘度為第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律特點特點：該流變模式該流變模式 具有普遍適用性，具有普遍適用性，它是一個用三參數(shù)描述帶屈服應力的非牛它是一個用三參數(shù)描述帶屈服應力的非牛頓流體流變性的本構方程頓流體流變性的本構方程 有屈服應力的冪律流體的表觀粘度為有屈服應力的冪律流體的表觀粘度為第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律三、三、非牛頓流體的本構方程非牛頓流體的本構方程本構方程本構方程當粒子懸浮于牛頓流體中時，粒子間具有當粒子懸浮于牛頓流體中時，粒子間具有相互作用的引力；相互作用的引力；當剪應力較小時，粒子聚集成鏈或桿狀微當剪應力較小時，粒子聚集成鏈或桿狀微團，其長度隨著剪應力的增大而減小。團，其長度隨著剪應力的增大而減小。牛頓流體的本構方程：牛頓流體的本構方程：非牛頓流體的本構方程：非牛頓流體的本構方程：卡森方程卡森方程建立的模型：建立的模型：第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 卡森方程：卡森方程：卡森粘度：卡森粘度：卡森屈服應力：卡森屈服應力符合卡森方程的流體稱為卡森流體。符合卡森方程的流體稱為卡森流體。卡森方程對人血和牛血是成立的。卡森方程對人血和牛血是成立的。第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律由卡森方程由卡森方程作出卡森方程的流動曲線（兩種作法）：作出卡森方程的流動曲線（兩種作法）：第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律由卡森方程由卡森方程卡森粘度卡森粘度可見，卡森粘度是一個定值，這與非牛頓流體的可見，卡森粘度是一個定值，這與非牛頓流體的粘度是變量相矛盾。那么，卡森粘度究竟具有什粘度是變量相矛盾。那么，卡森粘度究竟具有什么含義？我們看看它與表觀粘度的關系，弄清這么含義？我們看看它與表觀粘度的關系，弄清這個問題，它的含義就清楚了。個問題，它的含義就清楚了?？ㄉ扯龋嚎ㄉ扯龋旱谌?jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律又因為：又因為：卡森粘度和表觀粘度的關系：卡森粘度和表觀粘度的關系：按照定義，卡森流體的表觀粘度為：按照定義，卡森流體的表觀粘度為：第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 說明當剪應力足夠大時，血紅細胞變形到極說明當剪應力足夠大時，血紅細胞變形到極限，即臨近破裂之前，血液的表觀粘度達到最限，即臨近破裂之前，血液的表觀粘度達到最低值，即卡森粘度。這時的低值，即卡森粘度。這時的卡森粘度是一個定卡森粘度是一個定值，值，這就是卡森粘度的意義。這就是卡森粘度的意義。當當 時，時，第三節(jié)第三節(jié) 牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律 法國生理學家。他長期研究血液在法國生理學家。他長期研究血液在血管內(nèi)的流動。在求學時代即已發(fā)明血壓血管內(nèi)的流動。在求學時代即已發(fā)明血壓計用以測量狗主動脈的血壓。他發(fā)表過一計用以測量狗主動脈的血壓。他發(fā)表過一系列關于血液在動脈和靜脈內(nèi)流動的論文系列關于血液在動脈和靜脈內(nèi)流動的論文（最早一篇發(fā)表于（最早一篇發(fā)表于18191819年）。其中年）。其中1840-1840-18411841年發(fā)表的論文年發(fā)表的論文小管徑內(nèi)液體流動的小管徑內(nèi)液體流動的實驗研究實驗研究對流體力學的發(fā)展起了重要作對流體力學的發(fā)展起了重要作用。他在文中指出，用。他在文中指出，流量與單位長度流量與單位長度上的壓力降與管徑的四次方成正比。上的壓力降與管徑的四次方成正比。此定律后稱為泊肅葉定律。由于德國工程此定律后稱為泊肅葉定律。由于德國工程師師G.H.L.G.H.L.哈根在哈根在18391839年曾得到同樣的結果，年曾得到同樣的結果，.奧斯特瓦爾德在奧斯特瓦爾德在19251925年建議稱該定律年建議稱該定律為哈根為哈根-泊肅葉定律。泊肅葉定律。泊肅葉泊肅葉 (Jean-LousLous-Marie-Marie PoiseuillePoiseuille 1799-1869)1799-1869)簡介簡介 泊肅葉和哈根的經(jīng)驗定律是泊肅葉和哈根的經(jīng)驗定律是G.G.G.G.斯托克斯斯托克斯于于18451845年建立的關年建立的關于粘性流體運動基本理論的重要實于粘性流體運動基本理論的重要實驗證明。現(xiàn)在流體力學中常把粘性驗證明?，F(xiàn)在流體力學中常把粘性流體在圓管道中的流動稱為泊肅葉流體在圓管道中的流動稱為泊肅葉流動。醫(yī)學上把小血管管壁近處流流動。醫(yī)學上把小血管管壁近處流速較慢的流層稱為泊肅葉層。速較慢的流層稱為泊肅葉層。19131913年，英國年，英國R.M.R.M.迪利和迪利和P.H.P.H.帕爾建議將動力粘度的單位以泊肅帕爾建議將動力粘度的單位以泊肅葉的名字命名為泊葉的名字命名為泊(poise)(poise)，1 1泊泊1 1達因達因秒秒/厘米厘米。19691969年國際計年國際計量委員會建議的國際單位制（量委員會建議的國際單位制（SISI）中，動力粘度單位改用中，動力粘度單位改用帕斯卡帕斯卡秒秒，1 1帕斯卡帕斯卡秒秒1010泊。泊。第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動一、泊肅葉流動一、泊肅葉流動概念：概念：牛頓流體在水平均勻圓管牛頓流體在水平均勻圓管中做層流，過管軸的任一平面上，中做層流，過管軸的任一平面上，各層的流速呈拋物線分布。各層的流速呈拋物線分布。泊肅葉流動泊肅葉流動的速度分布的速度分布 流體要流動，必須有外力抵消內(nèi)流體要流動，必須有外力抵消內(nèi)摩擦力，即管子兩端存在壓強差摩擦力，即管子兩端存在壓強差(p)p)。第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動適用條件：適用條件：牛頓流體，流體作定常流動，牛頓流體，流體作定常流動，均勻的水平圓管。均勻的水平圓管。泊肅葉定律：（又稱泊肅葉公式）泊肅葉定律：（又稱泊肅葉公式）速度與各流層到管軸的距離速度與各流層到管軸的距離r r的關系：的關系：注意式中各量的意義注意式中各量的意義!第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動 非水平的園管：非水平的園管：泊肅葉定律應用泊肅葉定律應用 它是設計豎直毛細粘它是設計豎直毛細粘度計的理論依據(jù)。度計的理論依據(jù)。第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動毛細管粘度測量法：毛細管粘度測量法：液體流經(jīng)毛細管時，遵循泊肅葉定律：液體流經(jīng)毛細管時，遵循泊肅葉定律：Q Qrro o4 4P/8LP/8L，流量，流量Q Q也等于也等于V/tV/t，V V為流經(jīng)毛細管的容積，為流經(jīng)毛細管的容積，t t為流動的時間，代入泊肅葉公式：為流動的時間，代入泊肅葉公式：V/tV/trro o4 4P/8LP/8L。將一定容量的液體流過一定長度的毛細管，則式中將一定容量的液體流過一定長度的毛細管，則式中、r ro o、P P、L L、V V均為已知數(shù)，因此通過測定液體流經(jīng)毛細管的時間均為已知數(shù)，因此通過測定液體流經(jīng)毛細管的時間t t即可計算出液體粘度即可計算出液體粘度。一般情況下，液體在毛細管中流動。一般情況下，液體在毛細管中流動是靠其自身重力驅動，其切變率不僅受管長與半徑的影響，是靠其自身重力驅動，其切變率不僅受管長與半徑的影響，而且還與驅動壓密切相關。驅動壓隨著液體的通過而不斷減而且還與驅動壓密切相關。驅動壓隨著液體的通過而不斷減小，切變率也將隨之不斷的降低。血漿屬牛頓流體，其粘度小，切變率也將隨之不斷的降低。血漿屬牛頓流體，其粘度與切變率關系不大，因此，毛細管粘度測定方法只適用血漿與切變率關系不大，因此，毛細管粘度測定方法只適用血漿粘度的測定。多為毛細玻璃管粘度計，制造容易，操作簡單、粘度的測定。多為毛細玻璃管粘度計，制造容易，操作簡單、售價低廉，精確度也較高，已為臨床和實驗室廣泛使用，主售價低廉，精確度也較高，已為臨床和實驗室廣泛使用，主要缺點是不適用于全血粘度的測定。要缺點是不適用于全血粘度的測定。第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動 流阻：（外周阻力）流阻：（外周阻力）流阻只與管的形狀和流體流阻只與管的形狀和流體本身性質有關。本身性質有關。第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動二、泊肅葉流動的剪變率分布二、泊肅葉流動的剪變率分布 因為是以管軸為中心，離管軸中因為是以管軸為中心，離管軸中心越遠，心越遠，r r越大，速度卻越小。越大，速度卻越小。第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動 泊肅葉流動的泊肅葉流動的剪變率分布曲線剪變率分布曲線0第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動牛頓粘滯定律：牛頓粘滯定律：剪應力分布（斯托克斯公式）剪應力分布（斯托克斯公式）第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動三、雷諾數(shù)三、雷諾數(shù)流動形態(tài)的分類：流動形態(tài)的分類：層流：層流：湍流：湍流：流層間的粒子大量混流層間的粒子大量混雜，流動紊亂，劇烈時甚至出現(xiàn)渦旋。雜，流動紊亂，劇烈時甚至出現(xiàn)渦旋。層流和湍流的判別：雷諾數(shù)層流和湍流的判別：雷諾數(shù)流體流動時的慣性力流體流動時的慣性力FgFg和粘性力和粘性力(內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力)FmFm之比稱為雷諾數(shù)。之比稱為雷諾數(shù)。測量管內(nèi)流體流量時往往必須了解其流動狀測量管內(nèi)流體流量時往往必須了解其流動狀態(tài)、流速分布等。雷諾數(shù)就是表征流體流動態(tài)、流速分布等。雷諾數(shù)就是表征流體流動特性的一個重要參數(shù)。特性的一個重要參數(shù)。第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動例如在雷諾試驗中，測量一固定點例如在雷諾試驗中，測量一固定點A A的軸向速度如下圖：的軸向速度如下圖：湍流流速雖然是不規(guī)則的隨機量，但卻湍流流速雖然是不規(guī)則的隨機量，但卻在某一平均值上下變動，即具有某種規(guī)在某一平均值上下變動，即具有某種規(guī)律的統(tǒng)計學特征。為此，引進時均速度。律的統(tǒng)計學特征。為此，引進時均速度。第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動雷諾數(shù)是一個沒有單位的純數(shù)；雷諾數(shù)是一個沒有單位的純數(shù)；當當Re1000Re1000時，時，層流；層流；當當1000Re20001000Re2000時，時，層流或湍流；層流或湍流；當當Re2000Re2000時，時，湍流；湍流；適用條件適用條件：內(nèi)壁光滑的圓直管。：內(nèi)壁光滑的圓直管。根據(jù)雷諾數(shù)的依據(jù)來判定人體的各種血管的流動形態(tài)。根據(jù)雷諾數(shù)的依據(jù)來判定人體的各種血管的流動形態(tài)。第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動雷諾數(shù)對流體流動過程的實驗研究有重要作用。雷諾數(shù)對流體流動過程的實驗研究有重要作用。雷諾數(shù)是風洞試驗的重要模擬參數(shù)之一。風雷諾數(shù)是風洞試驗的重要模擬參數(shù)之一。風洞，是指在一個管道內(nèi)，用動力設備驅動一股速洞，是指在一個管道內(nèi)，用動力設備驅動一股速度可控的氣流，用以對模型進行空氣動力實驗的度可控的氣流，用以對模型進行空氣動力實驗的一種設備。最常見的是低速風洞。四川綿陽的中一種設備。最常見的是低速風洞。四川綿陽的中國空氣動力學研究和發(fā)展中心已建成具有世界水國空氣動力學研究和發(fā)展中心已建成具有世界水平的平的2.42.4米跨聲速風洞米跨聲速風洞(風洞常以試驗段尺度命名風洞常以試驗段尺度命名)。這樣大尺度的跨聲速風洞，世界上只有美國和俄這樣大尺度的跨聲速風洞，世界上只有美國和俄羅斯等少數(shù)國家才有。羅斯等少數(shù)國家才有。知識介紹：知識介紹：雷諾數(shù)對流體流動過程的實驗研究有重要作用。雷諾數(shù)對流體流動過程的實驗研究有重要作用。飛行器氣動力試驗的主要模飛行器氣動力試驗的主要模擬參數(shù)是飛行擬參數(shù)是飛行馬赫數(shù)和雷諾數(shù)。馬赫數(shù)和雷諾數(shù)。由于實際飛行中許多氣動現(xiàn)象由于實際飛行中許多氣動現(xiàn)象隨雷諾數(shù)的變化十分敏感，隨雷諾數(shù)的變化十分敏感，ReRe數(shù)對飛機的哪些氣動特性有影數(shù)對飛機的哪些氣動特性有影響響?比如比如ReRe數(shù)對飛機升力特性、數(shù)對飛機升力特性、阻力特性；對飛機載荷和強度，阻力特性；對飛機載荷和強度，對縱、橫向穩(wěn)定性的影響都很對縱、橫向穩(wěn)定性的影響都很明顯，其影響程度如何明顯，其影響程度如何?第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動雷諾數(shù)對流體流動過程的實驗研究有重要作用。雷諾數(shù)對流體流動過程的實驗研究有重要作用。特別是對采用特別是對采用超臨界機翼超臨界機翼的現(xiàn)代民機，的現(xiàn)代民機，ReRe數(shù)的影響更嚴數(shù)的影響更嚴重、更復雜、規(guī)律性更差。所重、更復雜、規(guī)律性更差。所以必須進行高以必須進行高ReRe數(shù)風洞試驗。數(shù)風洞試驗。19931993年年1111月月8 8日，我國首日，我國首座高雷諾數(shù)跨音速二維管風洞座高雷諾數(shù)跨音速二維管風洞在中科院力學所建成。這一設在中科院力學所建成。這一設備在綜合水平上處于國際領先備在綜合水平上處于國際領先地位。地位。第四節(jié)第四節(jié) 園管內(nèi)的泊肅葉流動園管內(nèi)的泊肅葉流動 既具有流體的性質，也具有固體的性質。既具有流體的性質，也具有固體的性質。任一點任一時刻的應力狀態(tài)，不僅取決于當任一點任一時刻的應力狀態(tài)，不僅取決于當時當?shù)氐膽?，而且與應變的歷史過程有關，時當?shù)氐膽?，而且與應變的歷史過程有關，即材料是具有即材料是具有“記憶記憶”的。的。研究對象研究對象 粘彈體的特點：粘彈體的特點：粘彈體，比如蛋清、唾液、粘彈體，比如蛋清、唾液、生物材料中的液體固體（關節(jié)液、軟骨、皮膚等）。生物材料中的液體固體（關節(jié)液、軟骨、皮膚等）。第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性 粘彈性流體有粘彈性流體有沿旋轉棒向上爬的沿旋轉棒向上爬的傾向。如果把粘彈傾向。如果把粘彈性流體放入容器，性流體放入容器，它會沿容器壁向上它會沿容器壁向上爬升。爬升。關于粘彈性流體的一些有趣的現(xiàn)象關于粘彈性流體的一些有趣的現(xiàn)象第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性 對于粘彈性流體，由對于粘彈性流體，由于拉伸粘度隨著變形速率于拉伸粘度隨著變形速率增加而增加，這個比值可增加而增加，這個比值可達到達到 101010103 3量級。因此量級。因此在伸長流動中會產(chǎn)生開口在伸長流動中會產(chǎn)生開口虹吸現(xiàn)象。如果把管子一虹吸現(xiàn)象。如果把管子一端插入粘彈性流體，由于端插入粘彈性流體，由于虹吸作用，流體經(jīng)管道流虹吸作用，流體經(jīng)管道流出。如果把插入流體中的出。如果把插入流體中的管端提出液面管端提出液面,流體仍然會流體仍然會被吸引上來。被吸引上來。第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性 粘彈性流體從管內(nèi)自由流出時，通?？梢哉硰椥粤黧w從管內(nèi)自由流出時，通常可以看到射流膨脹現(xiàn)象看到射流膨脹現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為擠出物膨脹這種現(xiàn)象稱為擠出物膨脹（如圖）。例如，聚苯乙烯在（如圖）。例如，聚苯乙烯在175175200200條件條件下較快擠出時下較快擠出時,直徑膨脹達直徑膨脹達2.82.8倍。以上現(xiàn)象都倍。以上現(xiàn)象都是由于粘彈性流體受剪切時產(chǎn)生法向應力差的是由于粘彈性流體受剪切時產(chǎn)生法向應力差的結果。結果。第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性 粘彈體的特點主要有四個：粘彈體的特點主要有四個：1.1.延遲彈性：延遲彈性：對彈性體，應對彈性體，應變對應力的響應不能即時達變對應力的響應不能即時達到平衡，應變滯后應力；恒到平衡，應變滯后應力；恒定應力下，應變隨時間逐漸定應力下，應變隨時間逐漸增加，最后趨近恒定值，外增加，最后趨近恒定值，外力去掉后，應變逐漸減小到力去掉后，應變逐漸減小到零，應變總是落后應力。零，應變總是落后應力。因為要克服內(nèi)摩擦力因為要克服內(nèi)摩擦力應力應力時間時間應變應變時間時間第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性 粘彈體的特點主要有四個：粘彈體的特點主要有四個：時間時間應力應力應變應變時間時間2.2.應力松弛：應力松弛：當粘彈體當粘彈體突然發(fā)生應變時，若保突然發(fā)生應變時，若保持應變恒定，則應力將持應變恒定，則應力將隨時間的增加而緩慢減隨時間的增加而緩慢減小，這種現(xiàn)象稱為應力小，這種現(xiàn)象稱為應力松弛。松弛。如：血管、血液如：血管、血液第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性 粘彈體的特點主要有四個：粘彈體的特點主要有四個：應力應力時間時間3.3.蠕變：蠕變：當粘彈體突然當粘彈體突然發(fā)生應變時，若保持應發(fā)生應變時，若保持應力恒定，則應變將隨時力恒定，則應變將隨時間的增加而增大。間的增加而增大。如：關節(jié)、軟骨如：關節(jié)、軟骨時間時間應變應變第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性4.4.彈性滯后：彈性滯后：對粘彈體進對粘彈體進行加載和減載實驗，可測行加載和減載實驗，可測得加載時的應力得加載時的應力-應變曲應變曲線與減載時的應力線與減載時的應力-應變應變曲線不重合。且在任一應曲線不重合。且在任一應變下，加載時的應力比減變下，加載時的應力比減載時的應力大，形成應力載時的應力大，形成應力滯后環(huán)。滯后環(huán)。粘彈體的特點主要有四個：粘彈體的特點主要有四個：應力應力應變應變?nèi)纾貉?、紅細胞如：血液、紅細胞第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性 生物流體具有粘彈性的原因：生物流體具有粘彈性的原因：許多生物體都有長的鏈狀分子組成的網(wǎng)許多生物體都有長的鏈狀分子組成的網(wǎng)狀結構。力緩慢作用時，這些結構會逐漸變狀結構。力緩慢作用時，這些結構會逐漸變形，分子間相對位置變動，形成流動，表現(xiàn)形，分子間相對位置變動，形成流動，表現(xiàn)出粘性；如果力是瞬間作用，這些結構中的出粘性；如果力是瞬間作用，這些結構中的分子的位置來不及有較大變化，網(wǎng)狀結構互分子的位置來不及有較大變化，網(wǎng)狀結構互相牽連，表現(xiàn)出彈性。相牽連，表現(xiàn)出彈性。第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性 生物流體具有粘彈性的原因：生物流體具有粘彈性的原因：細胞膜中磷脂分子的排列細胞膜中磷脂分子的排列 蛋白質分子圖像蛋白質分子圖像 第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性 水有粘性也是因為水分子是鏈狀的水有粘性也是因為水分子是鏈狀的 “隔年陳水有毒，隔夜陳水莫喝。隔年陳水有毒，隔夜陳水莫喝?！笨茖W科學研究證明，水分子是鏈狀結構，水在漫長歲月研究證明，水分子是鏈狀結構，水在漫長歲月中，如不經(jīng)常流動，這種鏈狀結構會不斷擴大中，如不經(jīng)常流動，這種鏈狀結構會不斷擴大延伸，即成衰老之水。衰老之水，活力極差，延伸，即成衰老之水。衰老之水，活力極差，進入動植物體內(nèi)，會使細胞的新陳代謝減緩，進入動植物體內(nèi)，會使細胞的新陳代謝減緩，影響生長發(fā)育。古人說：影響生長發(fā)育。古人說：“流水不腐。流水不腐。”死水、死水、陳水中塵埃會增多，細菌增加，有害成分比例陳水中塵埃會增多，細菌增加，有害成分比例上升，極易致病。上升，極易致病。水分子長鏈變短鏈，就會恢復青春。水分子長鏈變短鏈，就會恢復青春。水沒有彈性水沒有彈性第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性二、粘彈性體的力學模型二、粘彈性體的力學模型 粘彈性體的力學模型頗為復雜，這里僅介紹線性理論中粘彈性體的力學模型頗為復雜，這里僅介紹線性理論中三種簡單的力學模型。這些力學模型是由線性彈簧三種簡單的力學模型。這些力學模型是由線性彈簧G G和阻和阻尼器尼器組成。彈簧服從胡克定律，即應變組成。彈簧服從胡克定律，即應變和應力成正比，成正比，阻尼器服從牛頓粘滯定律，即，阻尼器服從牛頓粘滯定律，即（一）麥克斯韋模型（一）麥克斯韋模型（Maxwell modelMaxwell model）第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性此模型用來表示應力松弛特性 上式反映了在應變保持常量的情況下，應力隨時間而松弛的效應 （二）佛克脫模型（二）佛克脫模型（Voigt modelVoigt model）第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性此模型用來表示延遲彈性 上式反映了在應力保持常量的情況下，應變是由于阻尼器的粘性而滯后，佛克脫模型直觀地反映出了延遲彈性變形的時間效應 第五節(jié)第五節(jié) 物體的粘彈性物體的粘彈性（三）四元模型（三）四元模型四元模型是由線性彈簧、佛克脫模型和阻尼器串聯(lián)組成，此模型用來表示蠕變的時間效應