第二章-流體力學(xué)上

教師簡(jiǎn)介劉發(fā)明，副教授，碩士，畢業(yè)于山東師范大學(xué)物理系，現(xiàn)任基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院物理教研室副主任。專(zhuān)業(yè)方向：血液流變學(xué)、醫(yī)用電子學(xué)等手機(jī)：139636553568462070（辦）如何學(xué)好物理學(xué)？1、盡快適應(yīng)兩大轉(zhuǎn)變中學(xué)練習(xí)式學(xué)習(xí)方式——自主探索式學(xué)習(xí)方式應(yīng)試學(xué)習(xí)環(huán)境———自主學(xué)習(xí)環(huán)境2、認(rèn)真聽(tīng)課，在書(shū)中勾畫(huà)或記錄教師授課重點(diǎn)，認(rèn)真完成平時(shí)作業(yè)，考前集中復(fù)習(xí)。3、認(rèn)真上好實(shí)驗(yàn)課，認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，考前集中復(fù)習(xí)?？己艘?00分制，理論（70-80分）＋實(shí)驗(yàn)（10-20分）+平時(shí)作業(yè)（10分），60分及格，59－40可補(bǔ)考，40分以下重修。理論題型：填空題、單項(xiàng)選擇題、應(yīng)用題平時(shí)作業(yè)：大小相同，期末考試結(jié)束后交教研室實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)考核＋實(shí)驗(yàn)報(bào)告各班選1-2名課代表，將系、班（本專(zhuān)）、姓名、手機(jī)號(hào)碼發(fā)到我的手機(jī)上。有關(guān)作業(yè)本問(wèn)題：1、為便于學(xué)生學(xué)習(xí)，作業(yè)本格式統(tǒng)一，教研室為同學(xué)們編寫(xiě)了與教材講授內(nèi)容同步的作業(yè)本，內(nèi)印刷有相應(yīng)的練習(xí)題，格式與期末考試試卷相同，課后都要認(rèn)真完成，考前集中復(fù)習(xí)該作業(yè)本。2、本作業(yè)本工本費(fèi)3元，自愿購(gòu)買(mǎi)，期末考試結(jié)束后，由課代表收齊上交教研室，根據(jù)學(xué)生完成作業(yè)情況，評(píng)定平時(shí)作業(yè)成績(jī)0-10分。3、課代表或?qū)W習(xí)委員將錢(qián)收齊后于到物理教研室（實(shí)驗(yàn)樓21305房間）購(gòu)買(mǎi)。聯(lián)系：趙老論物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的普遍性質(zhì)和基本規(guī)律的科學(xué)。自然科學(xué)的先鋒。宗教界的圣經(jīng)，教育界的儒學(xué)，理學(xué)中的《周易》。博大無(wú)可比，精深不能解。“判天地之美，析萬(wàn)物之理”。理論物理學(xué)是物理學(xué)中靈魂。老子、愛(ài)因斯坦、霍金。育智于全科，增慧于萬(wàn)物。推薦一本科學(xué)圣經(jīng)，史蒂芬.霍金的《果殼中的宇宙》、《時(shí)間簡(jiǎn)史》?？炊床欢际鞘斋@。物理學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用為生命科學(xué)提供理論基礎(chǔ)，如：視覺(jué)原理、神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)、骨骼運(yùn)動(dòng)力學(xué)等。為醫(yī)學(xué)研究提供先進(jìn)技術(shù)，如：磁共振成像、X-射線透視、放射治療等。提供臨床治療手段，如：各種理療理化分析激光刀等。2003諾貝爾獎(jiǎng)：物理——超導(dǎo)和超流體生理或醫(yī)學(xué)——磁共振成像化學(xué)——細(xì)胞隔膜水和鹽的運(yùn)輸2004諾貝爾獎(jiǎng)：物理—夸克漸進(jìn)自由1973年美國(guó)，23歲。

1965年早于美，層子，生理或醫(yī)學(xué)——?dú)馕堆芯?/p>

第二章流體的運(yùn)動(dòng)§2-1理想流體連續(xù)性方程§2-2伯努利方程§2-3粘性流體的流動(dòng)§2-4泊肅葉定律§2-5血流動(dòng)力學(xué)與流變學(xué)基礎(chǔ)一、概述流體：fluid氣體和液體的總稱特性：1、流動(dòng)性

2、粘滯性

3、可壓縮性研究方法：

1、拉格朗日法：跟蹤每個(gè)質(zhì)元的運(yùn)動(dòng)，用質(zhì)點(diǎn)力學(xué)的方法

2、歐拉法：用場(chǎng)的方法整體上把握

第一節(jié)理想流體連續(xù)性方程

二、基本概念1、理想流體：idealfluid絕對(duì)不可壓，完全沒(méi)有粘滯性的流體2、定常流動(dòng)(穩(wěn)定流動(dòng))steadyflow：

流場(chǎng)中各點(diǎn)流速不隨時(shí)間變化的流動(dòng)3、流線與流管流線：某時(shí)刻位于曲線上各點(diǎn)處質(zhì)元的流速方向沿曲線的切線方向；垂直通過(guò)單位面積的流線條數(shù)在數(shù)值上等于該處流速的大小。升力空氣流高速空氣流低速流管：在流體內(nèi)任取一條微小的封閉曲線，通過(guò)該封閉曲線上各點(diǎn)的流線所圍成的細(xì)管。定常流動(dòng)時(shí)，流管的形狀不隨時(shí)間而變升力空氣流低速、壓強(qiáng)較高空氣流高速、壓強(qiáng)較低三、連續(xù)性方程

continuityEquation三、連續(xù)性方程

若流體為不可壓，則ρ為常數(shù)，有

流體作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，同一流管中任一截面處的流體密度、流速V和該截面面積S的乘積為一常量。即

VS=常量當(dāng)流體為不可壓縮時(shí)，為常數(shù)，有

VS=Q（流量）當(dāng)截面為有限大時(shí)，V可取平均流速，上式仍成立。Q流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)任一截面的流體體積注意：連續(xù)性方程應(yīng)用條件1、實(shí)際流體(不可壓)2、定常流動(dòng)3、同一流管第二節(jié)伯努利方程

一、伯努利方程

Bemoulliequation理想流體定常流動(dòng)的伯努利方程瑞士物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家伯努利（D.Bemoulli，1700-1782）。1738年撰寫(xiě)和出版了《流體動(dòng)力學(xué)》一書(shū)，建立了反映理想流體作定常流動(dòng)時(shí)能量關(guān)系的伯努利方程。一、伯努利方程

考慮理想流體的穩(wěn)定流動(dòng)根據(jù)功能原理壓力能動(dòng)能勢(shì)能物理意義：?jiǎn)挝惑w積的動(dòng)能、重力勢(shì)能、壓力能為一常量.靜壓強(qiáng)動(dòng)壓強(qiáng)重力壓強(qiáng)注意：伯努利方程應(yīng)用條件1、理想流體2、定常流動(dòng)3、同一流管、流線二、伯努利方程的應(yīng)用

1、流量計(jì)（汾丘里管）2、流速計(jì)（皮托管）3、體位對(duì)血壓影響4、噴霧器5、水流抽氣機(jī)6、血細(xì)胞的軸向流動(dòng)7、行駛的火車(chē)、船等等二、伯努利方程的應(yīng)用

1、水平管中壓強(qiáng)與流速的關(guān)系

汾丘里管空吸作用的應(yīng)用

水流抽氣機(jī)噴霧器流量計(jì)原理（汾丘里管Venturitube）

汾丘里管流速與流量汾丘里管流速計(jì)（皮托管）

流速計(jì)（皮托管）二、伯努利方程的應(yīng)用

2、均勻管中壓強(qiáng)與高度的關(guān)系二、伯努利方程的應(yīng)用

3、兩端等壓的管中流速與高度的關(guān)系例：小孔出口處的流速例：小孔出口處的流速例：流完深為H的液體所需時(shí)間二、伯努利方程的應(yīng)用

其它一些例子：血細(xì)胞的軸向流動(dòng)行駛的火車(chē)、船等等

虹吸現(xiàn)象例：設(shè)有流量為0.12m3s-1的水流過(guò)一管子.A點(diǎn)壓強(qiáng)為2

105Pa,A點(diǎn)的截面積為100cm2,B點(diǎn)的截面積為60cm2,B點(diǎn)比A點(diǎn)高2m,假設(shè)水的內(nèi)摩擦可以忽略不計(jì),求A、B點(diǎn)的流速;B點(diǎn)的壓強(qiáng)。例：有一水平放置的注射器，活塞截面積為S1，出口截面積為S2，作用于活塞上一個(gè)恒力F，求水從注射器中射出的速度。若活塞的沖程為l，那么把注射器內(nèi)的水全部射出所需的時(shí)間是多少？第三節(jié)粘性流體的運(yùn)動(dòng)

Viscousfluid一、牛頓粘滯定律一、牛頓粘滯定律η

稱為流體的粘滯系數(shù)，又稱粘度viscosity，單位為Pa.S

取決于流體的性質(zhì)，還與溫度有關(guān)。γ

稱切變率二、層流與湍流雷諾數(shù)

層流：laminarflow流體作分層流動(dòng)。相鄰兩層流體之間只作相對(duì)滑動(dòng)，流層間沒(méi)有橫向混雜。湍流：turbulentflow流體不再分層流動(dòng)。各流層相互混雜。雷諾數(shù)ReynoldsnumberRe<1000作層流Re>1500作湍流1000<Re<1500

不確定，都有可能人體主動(dòng)脈中的血流的約Re=875,作層流三、粘性流體的伯努利方程第四節(jié)泊肅葉定律1、泊肅葉定律Poiseuillelaw

法國(guó)醫(yī)生泊肅葉研究了血管中血液的流動(dòng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究表明：不可壓縮的粘性流體沿水平圓管作層流時(shí)，通過(guò)的流量與加在管道兩端的壓強(qiáng)差成正比,與圓管的半徑的四次方成正比，與圓管的長(zhǎng)度成反比。于1842年正式發(fā)表了此結(jié)果。1852年德國(guó)科學(xué)家魏德曼從理論上導(dǎo)出了流量的完整表示式。

泊肅葉研究發(fā)現(xiàn)該式稱為泊肅葉定律

令泊肅葉定律一般表示式泊肅葉定律的一般表示式1、求流速2、求流量二、泊肅葉定律的推導(dǎo)：(分二步)流速的推導(dǎo)：(第一步)流量的推導(dǎo)：(第二步)討論流速第四節(jié)粘性流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三、斯托克司定律該式稱為斯托克司定律第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)與流變學(xué)基礎(chǔ)

一、心臟的功與功率二、人體血循環(huán)系統(tǒng)中的血流特點(diǎn)

1、重力的作用2、血流速度分布3、血流