大学物理ppt3 西农.ppt

三、湍流 能量耗损 ΔE 与速度的关系为 （流体作湍流时，阻力大流量小，能量耗损增加） 式中k 是比例系数，它与管道的形状、大小以及管道的材料有关，式中的 v 是平均流速。 流体是作层流还是作湍流与一个无量纲的数 的大小有关 ,称为雷诺数。 流体的流动状态由雷诺数决定。流体由层流向湍流过渡的雷诺数，叫做临界雷诺数，记作Re。 对于圆形管道： 四、雷诺数 在管道中流动的流体，不论它的 、 、 、 如何，只要雷诺数相同，它们的流动状态就比较类似。 当 时，流体作层流；当 时，流体作湍流；当 时，流体的运动状态不稳定，可能作层流，也可能作湍流。 雷诺实验 如图所示的试验装置。水槽中的水位恒定，烧瓶中盛有着色水。 稍微松开水槽右边的旋塞，再打开插入烧瓶上的阀门，会看到水槽中玻璃管中着色水的流迹为一条直线，表明玻璃管中流体作层流，如（a）所示； 逐渐旋开旋塞，发现流迹慢慢地变得弯曲，呈波线状，层流被破坏，流体质点有较小的径向速度，如（b）所示； 当旋塞打开到一定程度，流迹开始断开，混杂在很多小涡漩中，红色很快散开，把管内的水染成红色，如（c）所示。 人体大动脉的直径为 2.0×10 -2 m，血液的密度为103kg·m-3、黏滞系数为3.5×10-3 Pa·s，其平均流速为45×10-2 m·s-1（大动脉的临界雷诺数 Re 为110~850） 血液的雷诺数。 例 求 解 由 得 人体大动脉血管内的血流为湍流。 动物组织的血液流动情况比较复杂，在正常的生理条件下，动物循环系统中不会发生持续的湍流。持续的湍流可以引发严重的病理反应，如，脑血栓等。 说明： 如图所示，在管内选取一半径为 r ，长为 l 的与管同轴的圆柱体元 §2.4 泊肃叶定律 斯托克斯定律 一、泊肃叶定律 （描述水平管道中牛顿流体的流速随半径 r 的分布规律） 流体元所受 的内摩擦力为 定常流动时，所受合外力为零： 2r 2R L 流层所受的压力为 通过管道的总流量 泊肃叶定律 令 得 ——达西定理 测量流体粘滞系数的实验方法，如毛细管粘度计, Q 与η 成反比； Q 与 （单位长度上的压强差）成正比； Q 与R 4成正比，R 对Q 的影响非常大； 奥氏粘度计. o r dr A B Ⅰ Ⅱ 牛顿流体中作低速运动的小球所受阻力的大小： 式中 为牛顿流体的黏滞系数， 为小球半径， 为小球相对于流体的速度。 二、斯托克斯定律 （牛顿流体中的小球作低速运动的规律） 测定流体的粘滞系数、进行沉降分离和离心分离。 沉降分离 三力平衡时有 收尾速度 黏滞系数 颗粒半径 离心分离 因生物大分子半径很小，收尾速度vT 太小，无法实现沉降分离。必须通过增大力场的办法使其收尾速度达到要求。 以离心场替代重力场，所以 g 应由ω 2 x取代，得出颗粒的收尾速度为 离心加速度经常用重力加速度的倍数来表示，以此表明离心机离心能力的大小。 SI制中单位为秒（s）.常用斯威德伯（S）. 沉降系数 S是单位离心加速度引起的沉积速度。 1 S = 10-13 s A O C B ω ω O x C ω v 粒子 如果土壤颗粒匀速下沉的距离 s = 0.150 m ，所用时间 t = 67 s , 80℃时土壤颗粒的密度ρ= 2.65×103 kg·m-3 ，水的密度ρ0= 9.982×102 kg·m-3 , 粘滞系数η = 1.005×103 Pa·s ， 例 求 解 土壤颗粒半径 收尾速度 土壤颗粒半径 §2.5 生物流体力学简介 一、生物流体力学的基本概念 生物流体 与生命现象有关的流体的总称。生物流体力学就是在传统流体力学的基础上研究生物流体流动规律的边缘学科。 生物流体力学研究对象 生物体内流体的流动。如植物体内水和糖分的输送过程；动物体内血液流动、呼吸气流、淋巴循环、胆汁分泌、肠道蠕动及吸收、排泄、细胞分裂中的流动与变形规律，水生植物细胞内以及黏菌体内原生质的运动等。 外部流体对生物体运动的影响。如动物泳动及飞行等。 生物流体力学研究方法 连续介质流体研究 非连续介质流体研究 拉个朗日法 欧 拉 法 微结构