,第四章 血液流变学 （Hemorheology), ,123456,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,v,V+dv,dz,x,y,o,z, 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。zv,dvdz,T A,dvdz, ,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 ,o,0 . 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),dudy,C,B,A,D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；,r,h,水（浸润）,h,r,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；,FA, gh,P 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 cosgr, h ,上升或下降的高度：2,A,h,C,A A,B,ED1,z1,z2h,C,h1B,h2,A1,2 B,P 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。,x1,x2,v0,d,O,令x1为流动方向,流场:v1 v1(x2),v2 v3 0,Navier-Stokes方程,略去体力:,vi x j, v j,2vi xix j,即, 0,2v1 x2x2,积分,v1 c1x2 c2,边界条件:,v(0) 0,v(d) v0,得,x2,v0d,v(x2) v1(x2) ,2v1 p,2）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；,x1,x2,O-d,d,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,p xi, v j, ,2vi xix j, x2x2 x1,即,x2 c1 2 2,1 p 2,2 x1,x2 (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 c,v1 v1(x2) ,边界条件:,v(d) 0,v(d) 0,v1 v1(x2) ,1 p 2 2 2 x1,得,x2,3,g,d/2,x1,x2,令x1为管轴方向,流场:v1 v(r),v2 v3 0Navier-Stokes方程：,),0 ,2v2,2v2,p x1, gsin (, gcos,p x2p x3,0 0 ,const B A,x2,x3,1 p, x1,即 v 1 r 2 c1 lnr c2,v( ) 0,v (,d,有,P PLAB,p x1,(, gsin) ,2v2,2v2,积分,1 2,dvdr,r,r 2 c1,边界条件:,d 2,v(),有限,4,得,1 4,24, 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)dA,qv vcos(v,n)dA,V ,v,dAA,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：,qvA,AvdAA,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,2,P 4L,v ,P,48L,Q ,层流时流量：,流阻(外周阻力)：,8L r04,R , 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？, kl,1）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。,lt,Dt,Dm,lm,Dt Dm,lt lm,特征长度(characteristic length)（面积比例尺、体积比 例尺。）, kt,kv ,ka 2,2）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 tm3,tt1 tm1,kl kt,vt1 vt2 vt lt tt vm1 vm2 vm lm tm,kl 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 t V a m a F F F ,