血流动力学原理.ppt

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1、1血流动力学原理血流动力学原理2第一节第一节 流体的流动流体的流动v一、理想流体一、理想流体v二、稳定流动二、稳定流动v三、连续性方程三、连续性方程3v流体的特点：流体的特点：流动性、粘性流动性、粘性和和可压缩性可压缩性1.1.流动性：是流体最基本的特性流动性：是流体最基本的特性2.2.粘粘性性：即即运运动动着着的的流流体体中中速速度度不不同同的的各各流流体体层层之之间间 存在着存在着沿切向沿切向的粘性阻力（内摩擦力）的粘性阻力（内摩擦力）3.3.可压缩性：可压缩性：实际流体都是可压缩的，特别是对气体实际流体都是可压缩的，特别是对气体一、理想流体（一、理想流体（ideal liquid）4 对

2、于实际流体：对于实际流体：1 1、像水和酒精的粘性很小，气体的粘性更小、像水和酒精的粘性很小，气体的粘性更小 2 2、一般液体的可压缩性很小、一般液体的可压缩性很小气体的可压缩性比较大，但对于气体的可压缩性比较大，但对于可流动的可流动的气体，气体，在在比较小的压强下比较小的压强下，气体密度变化很小（即体积变化气体密度变化很小（即体积变化很小），此时的气体的可压缩性也可忽略。很小），此时的气体的可压缩性也可忽略。所以：所以：流动性流动性是决定流体运动的主要因素是决定流体运动的主要因素 可压缩性和粘性可压缩性和粘性是影响流体运动的次要因素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

3、性的流体理想流体：绝对不可压缩、完全没有粘滞性的流体 5二、稳定流动（二、稳定流动（steady flow）液体质点经过空间某一定点速度不随时液体质点经过空间某一定点速度不随时间改变的流动间改变的流动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：是时间的函数，即：流场：流场：流体中的每一点的流速随空间的分布称为流体中的每一点的流速随空间的分布称为流体速度场流体速度场。如果空间任意点流体质元的流速不随时间变化，如果空间任意点流体质元的流速不随时间变化，则这种流动叫则这种流动叫定常流动定常流动，则：，则：7 A A、流流线线：在在流流体体

4、流流动动的的空空间间，做做一一些些曲曲线线，使使曲曲线线上上任任何何一一点点的的切切线线方方向向都都与与流流体体通通过过该该点点时时速速度度方方向一致，这些曲线就叫做流线。向一致，这些曲线就叫做流线。流线的流线的特点特点：不相交不相交 定常流动的流体其流线分布不随时间变化定常流动的流体其流线分布不随时间变化B B、流管：流管：在运动的流体中取一横截面，经过该截面周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。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，

5、流管外的流体也不会流入管内而不会流出管外，流管外的流体也不会流入管内.9 三、连续性方程三、连续性方程 流量：流量：单位时间内通过某一流管内任意横截面的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流体的体积叫做该横截面的体积流量体积流量，简称，简称流量，流量，用用Q表示。表示。单位：单位：量纲：量纲：平均流速平均流速 ，10 连续性方程连续性方程：对于不可压缩的定常流动的流体，：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在某一流管中取两个与流管垂直的截面s1 和和s2，流，流体在两截面处的流速分别为：体在两截面处的流速分别为：和和 ，流量分别，流量分别为为

6、Q1和和Q2，则有：，则有：Q1Q2 连续性方程连续性方程所以：所以：该式表明：该式表明：不可压缩不可压缩的流体的流体做定常流动做定常流动时，流时，流管的横截面与该处平均流速的乘积为一常量。对于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，各点的密度不可压缩的均匀流体，各点的密度 是个常量。是个常量。11 所以：所以：单位时间单位时间内流过任一截面的流管内的流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中质量守恒 实际上输送理想流体的刚性管道可视为流管，若实际上输送理想流体的刚性管道可视为流管，若管有

7、分支，则不可压缩流体在各分支管中的流量之管有分支，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：和等于总流量，则连续性方程为：12第二节第二节 伯努利方程伯努利方程v丹丹伯努利伯努利(Daniel Bernoull,1700-1782)瑞士科学家瑞士科学家.v1738年年伯伯努努利利(D.Bernoulli)提提出出了了著著名名的的伯伯努努利利方方程程.v它是利用功能原理推导得到它是利用功能原理推导得到.v功能原理：功能原理：v机机械械能能的的改改变变量量等等于于外外力力和和非非保保守守内内力力做做功功的的代代数数和和.13v第二节第二节 伯努利方程及其应用一、伯努利方程伯努

8、利方程及其应用一、伯努利方程v丹丹伯努利伯努利(Daniel Bernoull,1700-1782)瑞士科学家瑞士科学家.v1738年年伯伯努努利利(D.Bernoulli)提提出出了了著著名名的的伯伯努努利利方方程程.v它是利用功能原理推导得到它是利用功能原理推导得到.v功能原理：功能原理：v机机械械能能的的改改变变量量等等于于外外力力和和非非保保守守内内力力做做功功的的代代数数和和.14151617一、层流和湍流一、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：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18

9、192021222324三、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、粘度、管子半径 r 雷诺提出一个无量纲的数雷诺数雷诺数作为流体由层流向湍流转变的判据 实验证明：层流过渡流湍流252627第四节第四节 粘性流体的运动规律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，可以得到粘性流体作稳定流动时的伯努利方程 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。28若粘性流体在水平等粗细管中作稳定流动，因此，若

10、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。若粘性流体在开放的等粗细管中作稳定流动，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。即 管子半径 流体粘度 管子长度 压强差303132333435三、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

11、阻力可以写为比例系数 k 由物体形状决定。对于球体，若半径为 R，则 k=6 ，斯托克斯定律362、收尾速度（沉降速度）当半径为 R、密度为 的小球在粘度为 、密度为 （）的粘性流体中竖直下落时，它所受力当三力达到平衡时，小球将以匀速度 下落，由 即可得 收尾速度（沉降速度）37应用：在已知 R、的情况下，只要测得收尾速度便可以 求出液体的粘滞系数 。在已知 、的情况下，只要测得收尾速度便可以 求出球体半径 R。38第五节第五节 血液在循环系统中的流动血液在循环系统中的流动一、血液的组成及特性一、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

12、是常数。392、特性 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。具有粘弹性 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 810 m/s，它与血液的流速不同。截面积S是指同类血管的总截面积。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流过程中的血压分布血压是血管内血液对

13、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。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。43HemorheologyHemorheology 微循环的基本概念微循环的基本概念微循环的基本概念微循环的基本概念 微循环的结构特点微循环的结构特点微循环的结构特点微循环的结构特点 2 2 微循环的功能特点微循环的功能特点微循环的功能特点微循环的功能特点 3 3第六节 微循环血流44Hem

14、orheologyHemorheology一、微循环的基本概念一、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是小动脉与小静脉之间的毛细血管中的血液循是小动脉与小静脉之间的毛细血管中的血液循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、微环，具体说是指微动脉、后微动脉、毛细血管、微环，具体说是指微动脉、后微动脉、毛细血管、微环，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。静脉范畴内的血液循环。静脉范畴内的血液循环。静脉范畴内的血液循环。动脉和静脉动脉和静脉动脉和静脉动脉和静脉的横切面的横切面的

15、横切面的横切面 三种血管关系示意图三种血管关系示意图三种血管关系示意图三种血管关系示意图 静脉瓣活静脉瓣活静脉瓣活静脉瓣活动示意图动示意图动示意图动示意图 45HemorheologyHemorheology（二）微循环的特点及脏器微血管构型（二）微循环的特点及脏器微血管构型（二）微循环的特点及脏器微血管构型（二）微循环的特点及脏器微血管构型1.1.1.1.微循环的血流特点微循环的血流特点微循环的血流特点微循环的血流特点（1 1 1 1）非连续性介质，）非连续性介质，）非连续性介质，）非连续性介质，是是是是RBCRBC与血浆的二相流。与血浆的二相流。与血浆的二相流。与血浆的二相流。毛细血管中红

16、细胞的个性将直接影响毛细血管中红细胞的个性将直接影响毛细血管中红细胞的个性将直接影响毛细血管中红细胞的个性将直接影响微血管微血管微血管微血管，特，特，特，特别是别是别是别是毛细血管毛细血管毛细血管毛细血管的血流特性。的血流特性。的血流特性。的血流特性。此时此时此时此时RBCRBC与管壁间的与管壁间的与管壁间的与管壁间的作用不容忽视。作用不容忽视。作用不容忽视。作用不容忽视。46HemorheologyHemorheology（2 2 2 2）微血管数目多）微血管数目多）微血管数目多）微血管数目多 毛细血管的每根长度约为毛细血管的每根长度约为毛细血管的每根长度约为毛细血管的每根长度约为0.5-1

17、mm0.5-1mm，全身毛细，全身毛细，全身毛细，全身毛细血管数目约血管数目约血管数目约血管数目约400400亿根，总长约亿根，总长约亿根，总长约亿根，总长约911911万公里，可围绕万公里，可围绕万公里，可围绕万公里，可围绕地球地球地球地球2 2周半。总长占全身血管总长的周半。总长占全身血管总长的周半。总长占全身血管总长的周半。总长占全身血管总长的90%90%。（3 3 3 3）管径细、管壁薄）管径细、管壁薄）管径细、管壁薄）管径细、管壁薄微循环血管的直径微循环血管的直径微循环血管的直径微循环血管的直径100100 m15m15d dRBCRBC 。毛细血管的直径毛细血管的直径毛细血管的直径

18、毛细血管的直径d d1010 mm，厚度，厚度，厚度，厚度 0.50.5 mm。管壁薄，通透性好，是实现血液与组织细胞间物质管壁薄，通透性好，是实现血液与组织细胞间物质管壁薄，通透性好，是实现血液与组织细胞间物质管壁薄，通透性好，是实现血液与组织细胞间物质交换的主要场所。交换的主要场所。交换的主要场所。交换的主要场所。（4 4 4 4）存在血浆层）存在血浆层）存在血浆层）存在血浆层（5 5 5 5）毛细血管不可以扩张毛细血管不可以扩张毛细血管不可以扩张毛细血管不可以扩张47HemorheologyHemorheology（6 6 6 6）血压低）血压低）血压低）血压低动脉血压在细动脉中明显下降

19、动脉血压在细动脉中明显下降动脉血压在细动脉中明显下降动脉血压在细动脉中明显下降人体毛细血管平均血压为。人体毛细血管平均血压为。人体毛细血管平均血压为。人体毛细血管平均血压为。动脉端：动脉端：动脉端：动脉端：静脉端：静脉端：静脉端：静脉端：中段：中段：中段：中段：3.3kPa3.3kPa48HemorheologyHemorheology（7 7 7 7）流速慢、）流速慢、）流速慢、）流速慢、雷诺数雷诺数雷诺数雷诺数R Re e小小小小平均约平均约平均约平均约0.4mm/s-1mm/s0.4mm/s-1mm/s，有利于物质交换，有利于物质交换，有利于物质交换，有利于物质交换惯性力可忽略惯性力可忽

20、略惯性力可忽略惯性力可忽略毛细血管中毛细血管中毛细血管中毛细血管中R Re e=10=10-2-21010-4-4R Re e10104 410102 210101 11010-1-11010-2-2主主主主动动动动动动动动脉脉脉脉细细细细动动动动毛毛毛毛细细细细细细细细静静静静静静静静脉脉脉脉(8)(8)(8)(8)潜在容量大潜在容量大潜在容量大潜在容量大总有效面积约总有效面积约总有效面积约总有效面积约1000m1000m1000m1000m2 2 2 2.49HemorheologyHemorheology（9 9 9 9）灌流量易变）灌流量易变）灌流量易变）灌流量易变细动脉的舒缩、分支口

21、、狭窄部细动脉的舒缩、分支口、狭窄部细动脉的舒缩、分支口、狭窄部细动脉的舒缩、分支口、狭窄部WBCWBC、PLTPLT的瞬时阻塞的瞬时阻塞的瞬时阻塞的瞬时阻塞血压梯度、血流速度的改变血压梯度、血流速度的改变血压梯度、血流速度的改变血压梯度、血流速度的改变灌注流量改变。灌注流量改变。灌注流量改变。灌注流量改变。微动脉的平滑肌有舒缩功能。这种功能可调节微动脉的平滑肌有舒缩功能。这种功能可调节微动脉的平滑肌有舒缩功能。这种功能可调节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。微血管中的流态。微血管中的流态。微血管中的流态。50HemorheologyHemorheology（101010

22、10）毛细血管壁是可泄漏的毛细血管壁是可泄漏的毛细血管壁是可泄漏的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很多不能通过细胞膜的物质大多能够通过毛细很多不能通过细胞膜的物质大多能够通过毛细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。血管壁，以保证跨毛细血管壁的物质交换。血管壁，以保证跨毛细血管壁的物质交换。血管壁，以保证跨毛细血管壁的物质交换。51HemorheologyHemorheology微循环的流动效应微循环的流动效应微循环微循环微循环微循环血流的流态血流的流态血流的流态血流的流态 微血管中的血流效应微血管中的血流效应微血管中的血流效

23、应微血管中的血流效应 2 252HemorheologyHemorheology一、微循环血流的流态一、微循环血流的流态 影响影响影响影响微循环微循环微循环微循环流态的因素流态的因素流态的因素流态的因素（1 1 1 1）心脏搏动周期性节律的影响（规律性）。）心脏搏动周期性节律的影响（规律性）。）心脏搏动周期性节律的影响（规律性）。）心脏搏动周期性节律的影响（规律性）。（2 2 2 2）微血管自发节律性舒缩运动的影响（规律性）。）微血管自发节律性舒缩运动的影响（规律性）。）微血管自发节律性舒缩运动的影响（规律性）。）微血管自发节律性舒缩运动的影响（规律性）。（3 3 3 3）血细胞及其凝聚团块与

24、血管壁间的相互作用的影响）血细胞及其凝聚团块与血管壁间的相互作用的影响）血细胞及其凝聚团块与血管壁间的相互作用的影响）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）。（无规律）。（无规律）。（无规律）。（一）血液在微血管中的流动状态（一）血液在微血管中的流动状态（一）血液在微血管中的流动状态（一）血液在微血管中的流动状态1.1.1.1.搏动流搏动流搏动流搏动流 不同脏器的微血管血流随心脏的节律性运动所呈不同脏器的微血管血流随心脏的节律性运动所呈不同脏器的微血管血流随心脏的节律性运动所呈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。的搏动性流动。的搏动性流动。的搏动性流动。53

25、HemorheologyHemorheology2.2.2.2.间歇流间歇流间歇流间歇流微动脉、微静脉平滑肌、毛细血管前括约肌有节微动脉、微静脉平滑肌、毛细血管前括约肌有节微动脉、微静脉平滑肌、毛细血管前括约肌有节微动脉、微静脉平滑肌、毛细血管前括约肌有节律舒缩造成的律舒缩造成的律舒缩造成的律舒缩造成的间歇性流动，其周期间歇性流动，其周期间歇性流动，其周期间歇性流动，其周期约为约为约为约为9s9s。3.3.3.3.塞流塞流塞流塞流在很细的微血管中，红细胞直径与血管直径相近，在很细的微血管中，红细胞直径与血管直径相近，在很细的微血管中，红细胞直径与血管直径相近，在很细的微血管中，红细胞直径与血管

26、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在中心移动的红细胞与其周边的血浆层以相似的在中心移动的红细胞与其周边的血浆层以相似的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。速度流动，这种流动形式称之为塞流。速度流动，这种流动形式称之为塞流。速度流动，这种流动形式称之为塞流。3.3.3.3.血浆团流血浆团流血浆团流血浆团流静止静止静止静止红细胞红细胞红细胞红细胞静止静止静止静止红细胞红细胞红细胞红细胞流动的两红细胞之间流动的两红细胞之间流动的两红细胞之间流动的两红细胞之间的血浆呈现一种特殊的血浆呈现一种特殊的血浆呈现一种特殊的血浆呈现一种特殊的的的的“环行运动环行运动环行运动环行运动”。