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第四章 血液流变学 (Hemorheology) 1 2 3 4 5 6简史 基本概念和基本理论 血液的流变性 血液流变指标及测定方法 血液流变学检查的质量控制 临床意义1 简史 流变学(Rheology):研究物质流动和变形的 科学。 生物流变学(Biorheology):研究生物物质的 流变学。即研究构成生物体的物质的流动、变 形等流变特性,包括体内观察到的流变现 象、 各组分的流变特性。 血液流变学(Hemorheology):研究血液及其 组分,以及血管的流变性质及其变化规律。 (宏观血液流变学,临床血液流变学;细胞血 液流变学,分子血液流变学)一、历史 1628年,英国解剖学家William Harrey发表了血液循环概念; 1687年,英国科学家Newton建立了流体的粘滞定律; 1842年,法国生理学家Poiseuille在观察动物肠系膜微血管中血 液流动和玻璃细管中均质液体流动基础上,建立了泊素叶定律; 1906年,Denning观察到血液粘度随细管管径而改变; 1920年,Bingham首次提出了流变学的概念; 1929年,Fahraeus、Lindqvist提出了法林氏效应; 1951年,Copley首次提出“血液流变学”概念; 1961年,Wells研制的锥板粘度计推动了学科发展; 1966年,召开第一届国际血液流变学会,成立了国际血液流变学 学会,选Copley为学会主席; 我国,发展较晚,但迅速。二、血液流变学与医学的关系 1、提出了血液粘滞异常综合症 2、诊断、预防疾病 3、治疗疾病 4、治疗方法和药物的研究 5、研究微循环的基础均质的连续介质简单边 界条件下,观测 介质的流动和变形应力应变(率)关系 推广到一般形式实验确定未知系数微观 结构分析系数的意义三、流变学方法学的一般原理 2,流体的可压缩 性(compressibility)和膨胀性体积弹性模量 ( Bulk modulus )1 V V T1 V V P PV VK 1 可压缩流体和不可压缩流体(expansibility): 热膨胀率压缩率2 基本概念和基本理论流体的主要物理性质: 易流动性、可压缩性、粘性 1,密度、相对密度;上世纪中,在伦敦的泰晤士河床下打了一条隧道,当隧 道峻工时,当地政界人物在隧 道里举行庆典。令人扫兴的是 发现带 到隧道来的香槟酒都跑 了气而无味。然而当庆典过后 人们走出隧道回到地面时,不 幸的事发生了,酒在肚子里发 胀了,气从鼻子嘴里不断冒出 来,有的人穿的马甲被胀开, 有的人则不得不重新返回隧道 以减轻这突然袭来的痛苦。pressurevV+dvdzxyoz 3,流体的粘性( Viscosity ):旋转式粘度计粘性流体流动时,微团间出现相对运动,流层间产 生相对运动的内 摩擦力。 zvdv dzT Adv dz 或 Newton内摩擦定律Newton平板实验 ( Newton plate experiment )粘性度量粘度动力粘度(绝对粘度)( Dynamicviscosity ):单位速度梯E相对粘度(条件粘度)( Relative viscosity ):恩氏粘度dv dz 运动粘度( Kinematic viscosity ): 度时内摩擦切应力的大小。 单位:Pa.s或泊、厘泊单位:m2/s或斯、厘斯液体 水E o0 . 0631o 0.0731oE 影响粘度的因素:压强、温度P 0eP气体、液体变化规律不同 6,非Newton流体:不服 4,理想流体( Ideal fluid ):没有粘性的流体 一种假想的物理模型 5,Newton流体:服从 Newton内摩擦定律的 流体;(A)du dyCB AD从Newton内摩擦定律的流 0 体; O分为:塑性流体(B)、拟塑性流体(C)、胀流型流体(D) 7,表面张力:引起液体自由表面产生收缩 趋势的力;(分子内聚力引起) 8,毛细现象:在表面张力作用下,使得细 管内液体出现升高或下降的现象;rh水(浸润)hr水银(不浸润) 帕斯卡定律:在平衡液体中,作用在密闭液 体上的压强将等值地传递给 液体中的每一 点;F A ghP P0 gh 液体测压计 的工作原理:单管测压计 、U型 管测压计 、U型管差压计2 cos gr h 上升或下降的高度:2AhCA ABED1z1z2hCh1Bh2A 12 BP a 9,流线(Streamline):某瞬时整个流场中流体运动的 空间曲线;Euler法(局部法)流线的形状各点的速度方向、大小 性质:a)恒定流动中,流线与迹线是同一条曲线, 彼此重合; b)流线彼此不相交; c)流线不能突然的折转,只能平缓过渡;流线是流场中的一些假想曲线,任一瞬间,这些 曲线上任意一点的切线方向,与流过该点流体质元的 速度方向一致。它表征了Euler法对流动的描述。流体 表面的流线通常可在喷洒反光微粒的表面用短时曝光 照相得到。 10,迹线(Trace line):流体质点运动的轨迹曲线;迹线的形状质点的运动情况流场的参数分布和变化情 况Lagrange法(随体法)轨线即流体质点运动的轨迹,其上各点表示同一 质点在不同时间所处的位置。它表征了Lagrange 法对流动的描述。拍摄轨线须 加入反光微粒并进行 长时间 曝光。 11,定常流和非定常流 (Steady flow and unsteady flow):定常流是在一个固定位置处不随时间而发生任何变 的流动。 反之则称为非定常流。在定常流中,速度、加速度、温度等,对于一给定 质点来说,一般是随时间而变化的。 在不定常流中流线不是迹线。NR 12,层流(Laminar flow ): 非常有秩序的流动,相邻两层质点互相滑 动而不互掺混; 湍流(Turbulence):不规则的流体质点的残混 现象; 定义:VL VL 雷诺数(惯性力 与粘性力之比) 不可压缩 Newton 流体的层流实例:1)平面Couette流动:两块无限大的平行平板间充以 不可压缩Newton流体,一板固定,另一板以恒定的 速度平行于平板方向运动,在流动方向上压力梯度 为零的定常流动。x1x2v0dO令x1为流动方向,流场: v1 v1(x2)v2 v3 0Navier-Stokes方程,略去体力:vi x j v j2vi xix j 即 02v1 x2x2积分v1 c1x2 c2边界条件:v(0) 0v(d) v0得 x2v0 dv(x2) v1(x2) 2v1 p2)平面Poiseuille流动:指Newton流体在两块无限长的 固定平板构成的槽沟中的单向定常流动;x1x2O-dd令x1为流动方向,流场: v1 v1(x2)v2 v3 0Navier-Stokes方程,略去体力:vi x jp xi v j 2vi xix j x2x2 x1即x2 c1 2 21 p 22 x1x2 (d x2 2)3)Hagen -Poiseuille流动: 指Newton流体在圆管中的定常、单向对称流动;积分x cv1 v1(x2) 边界条件:v(d) 0v(d) 0v1 v1(x2) 1 p 2 2 2 x1得x23gd/2x1x2令x1为管轴方向,流场:v1 v(r)v2 v3 0Navier-Stokes方程:)0 2v22v2p x1 gsin ( gcosp x2 px30 0 const B Ax2x31 p x1即 v 1 r 2 c1 lnr c2v( ) 0v (d有P PLABp x1( gsin) 2v22v2积分1 2dv drrr 2 c1边界条件:d 2v()有限4得1 424 r 2) 13,流管(Flow tube):流线组成的管状曲面; 14,流束(Flow bundle):流管内的流线的总合; 15,过流断面(Flow cross-section):流束或总流中 与所有流线都相互垂直的横断面; 16,流量(Quantity of flow ):单位时间内流过总过 流断面的流体量;(体积流量、质量流量)dqv vcos(v,n)dAqv vcos(v,n)dAV vdAA流过dA体积流量:dqv vdA流过整个过流断面的体积流量:qv AvdA流过任意截面微元的体积流量: 流过任意截面的体积流量: A 平均流速: qv AAvdA A实际流速:v V v(r0 2 r )r0 17,泊肃叶定律(Poiseulle law):粘性流体层流时各层流速与半径间的关系2P 4Lv P48LQ 层流时流量:流阻(外周阻力):8L r04R 18,相似原理(Principle of similarity ): 方法:在流动相似原理基础上,按一定的原则 把实物原型缩小或放大,选取合适的流动介 质,制成模型试验 装置。根据试验测 定的参 数,整理试验 数据,得出模型中流体的流动规 律,然后依据相似原理,将这些结果推广到与 试验 模型相似的各种实际设备 上去。存在的问题:1)试验模型的确定?流动介质的选取?2)测量的物理量?整理试验数据?3)结果还原至实物?推广? kl1)几何相似(空间相似)(Geometric similarity orSpace similarity):模型与原型全部对应线长 度的比例相等。ltDtDmlmDt Dmlt lm特征长度(characteristiclength)(面积比例尺、体积比 例尺。) ktkv ka 22)运动相似(时间相似)(Kinematic similariry ortime similarity ):原型与模型的流场所有对应点上的流 速方向一致,大小成同一比例,即速度场相似。 tt2 tt3 tm2 tm3tt1 tm1kl ktvt1 vt2 vt lt tt vm1 vm2 vm lm tmkl kt时间比例尺(速度比例 尺、加速度比例尺、体积流量 比例尺、运动粘度比例尺、角 速度比例尺)2 1 t t t t
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