血流动力学原理 ppt课件
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程. ❖ 它是利用功能原理推导得到. ❖ 功能原理： ❖ 机械能的改变量等于外力和非保守内力做功的代数
和.
16
17
18
19
第三节 黏性流体的流动
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：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。
甘油缓慢流动
层流示意图
第一节 流体的流动
❖ 一、理想流体 ❖ 二、稳定流动 ❖ 三、连续性方程
5
一、理想流体（ideal liquid） ❖ 流体的特点：流动性、粘性和可压缩性
1. 流动性：是流体最基本的特性 2. 粘性：即运动着的流体中速度不同的各流体层之间
存在着沿切向的粘性阻力（内摩擦力） 3. 可压缩性：实际流体都是可压缩的，特别是对气体
44
3 ．全部血液循环系统的血压变化曲线 血压的高低与流量、流阻及血管的柔软程度有关。 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。
45
微循环的基本概念
第六节 微循环血流
2 微循环的结构特点 3 微循环的功能特点
46
Hemorheology
一、微循环的基本概念(microcirculation)
在某一流管中取两个与流管垂直的截面s1 和s2，流
体在两截面处的流速分别为： 1 和 2 ，流量分别
为Q1和Q2 ，则有：Q1＝Q2
所以： S1 1S2 2
连续性方程
该式表明：不可压缩的流体做定常流动时，流 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 是个常量。
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，流管外的流体也不会流入管内.
三、连续性方程
流量：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体积流量，简称流量， 用Q表示。
单位： m3 / s
量纲： L3T1
平均流速 ， Q/S
12
连续性方程：对于不可压缩的定常流动的流体，
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 p 成正比。
即 Q R4P 8L
R —— 管子半径
—— 流体粘度
L —— 管子长度
P—— 压强差 32
33
34
35
36
37
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，它所受的粘性阻力可以写为
说明： ①截面积S是指同类 血管的总截面积。
②流速v是指截面上 的平均流速。
43
血流过程中的血压分布
血压是血管内血液对管壁的侧压强。
1．收缩压 - 舒张压 = 脉压
2．平均动脉压 P ：一个心动周期中动脉血压的平均值。
P
1 T
T
0
Ptdt
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。
（4）存在血浆层
（5）毛细血管不可以扩张
49
Hemorheology
（6）血压低 动脉血压在细动脉中明显下降 人体毛细血管平均血压为 2.7kPa-3.3kPa。 动脉端：4.0kPa-5.3kPa 中段：3.3kPa 静脉端：1.3kPa-2.0kPa
50
Hemorheology
（7）流速慢、雷诺数Re小
细动脉的舒缩、分支口、狭窄部WBC、PLT 的瞬时阻塞→血压梯度、血流速度的改变→ 灌注流量改变。
52
Hemorheology
（10）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 血管壁，以保证跨毛细血管壁的物质交换。
53
Hemorheology
微循环的流动效应
微循环血流的流态 2 微血管中的血流效应
f kvl
比例系数 k 由物体形状决定。
对于球体，若半径为 R ，则 k = 6 π ，
f 6 vR ∴
—— 斯托克斯定律
38
2、收尾速度（沉降速度）
当半径为 R 、密度为 ρ 的小球在粘度为 η 、密度为 σ （ ρ> σ ） 的粘性流体中竖直下落时，它所受力
G 4R3g
3
f浮
4R3g
3
f 6vR
13
所以：单位时间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 中质量守恒
S1 1S22
实际上输送理想流体的刚性管道可视为流管，若 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：
S 00 S 11 S 22 .. .S .n .n . 14
40
第五节 血液在循环系统中的流动
一、血液的组成及特性
1、组成
血浆
血液
红细胞 99.9%
血球 白细胞 血小板
0.1%
血液是非牛顿流体，其粘度不是常数。
41
2、特性
① 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。
粘性流体作稳定流动时的伯努利方程
E —— 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。
30
两种特殊情况： ⅰ若粘性流体在水平等粗细管中作稳定流动，
∵ h1 h2 v1 v2
∴ P1P2E
∴
P1 P2
因此，若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。
20
21
22
23
24
25
26
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ρ、粘度η、管子半径 r
★ 雷诺提出一个无量纲的数——雷诺数作为流体由层流向湍流转变的判据
vr Re
★ 实验证明： Re 1000
层流
1000Re 1500 过渡流
Re 1500
湍流
27
28
29
第四节 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
P 1 1 2v 1 2g1 h P 2 1 2v 2 2g2 h E
② 具有粘弹性
③ 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4切2 变时间延长而降低的这种特征称为血液的触变性
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 8~10 m/s，它与血液 的流速不同。
静止 红细胞
静止 红细胞
56
Hemorheology
7
二、稳定流动（ steady flow ） 液体质点经过空间某一定点速度不随时 间改变的流动
8
流场：流体中的每一点的流速随空间的分布称 为流体速度场。
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：
v=f(x,y,z,t)
如果空间任意点流体质元的流速不随时间变化，
则这种流动叫定常流动，则：
ⅱ若粘性流体在开放的等粗细管中作稳定流动，
∵ P1P2 P0 v1 v2
∴ g1h g2hE
因此，细管两端必须维持一定的高度差。
31
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
第二节 伯努利方程
❖ 丹·伯努利(Daniel Bernoull, 1700-1782)瑞士科学家. ❖ 1738年伯努利(D. Bernoulli)提出了著名的伯努利方
程. ❖ 它是利用功能原理推导得到. ❖ 功能原理： ❖ 机械能的改变量等于外力和非保守内力做功的代数
和.
15
❖ 第二节 伯努利方程及其应用一、伯努利方程 ❖ 丹·伯努利(Daniel Bernoull, 1700-1782)瑞士科学家. ❖ 1738年伯努利(D. Bernoulli)提出了著名的伯努利方
v=f (x, y,z)
9
A、流线：在流体流动的空间，做一些曲线，使曲线 上任何一点的切线方向都与流体通过该点时速度方 向一致，这些曲线就叫做流线。 流线的特点： 不相交 定常流动的流体其流线分布不随时间变化
10
B、流管：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。
平均约0.4mm/s-1mm/s，有利于物质交换
毛细血管中Re=10-2~10-4
104 Re
R e rv
惯性力可忽略
102
101 10-1 10-2
主动 动脉
细毛 动细
细静 静脉
(8)潜在容量大 总有效面积约1000m2.
51
Hemorheology
（9）灌流量易变 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。
当三力达到平衡时，小球将以匀速度 vT下落，
由 G f浮f 即 3 4R3g3 4R3g6v TR可得
vT
2gR2
9
——
收尾速度（沉降速度）
39
应用：
vT
2gR2
9
① 在已知 R、 ρ、 σ的情况下，只要测得收尾速度便可以 求出液体的粘滞系数 η 。
② 在已知 η 、 ρ、 σ 的情况下，只要测得收尾速度便可以 求出球体半径 R 。
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morheology
三种血管关系示意图
静脉瓣活 动示意图
47
（二）微循环的特点及脏器微血管构型 1.微循环的血流特点 （1）非连续性介质，是RBC与血浆的二相流。
毛细血管中红细胞的个性将直接影响微血管，特
别是毛细血管的血流特性。此时RBC与管壁间的
作用不容忽视。
48
Hemorheology
（2）微血管数目多 毛细血管的每根长度约为0.5-1mm，全身毛细
血管数目约400亿根，总长约9~11万公里，可围绕 地球2周半。总长占全身血管总长的90% 。 （3）管径细、管壁薄 微循环血管的直径<100m≈15dRBC 。 毛细血管的直径d<10m，厚度≈0.5m。 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。
血流动力学原理
血流动力学原理
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
6
对于实际流体： 1、像水和酒精的粘性很小，气体的粘性更小 2、一般液体的可压缩性很小 气体的可压缩性比较大，但对于可流动的气体，在 比较小的压强下，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。
所以：流动性是决定流体运动的主要因素 可压缩性和粘性是影响流体运动的次要因素
理想流体：绝对不可压缩、完全没有粘滞性的流体
54
Hemorheology
一、微循环血流的流态
影响微循环流态的因素
（1）心脏搏动周期性节律的影响（规律性）。 （2）微血管自发节律性舒缩运动的影响（规律性）。 （3）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）。
（一）血液在微血管中的流动状态 1.搏动流 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。
55
Hemorheology
2.间歇流
微动脉、微静脉平滑肌、毛细血管前括约肌有节 律舒缩造成的间歇性流动，其周期约为9s。 3.塞流
在很细的微血管中，红细胞直径与血管直径相近， 在中心移动的红细胞与其周边的血浆层以相似的 速度流动，这种流动形式称之为塞流。
3.血浆团流
流动的两红细胞之间 的血浆呈现一种特殊 的“环行运动”。
和.
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第三节 黏性流体的流动
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：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。
甘油缓慢流动
层流示意图
第一节 流体的流动
❖ 一、理想流体 ❖ 二、稳定流动 ❖ 三、连续性方程
5
一、理想流体（ideal liquid） ❖ 流体的特点：流动性、粘性和可压缩性
1. 流动性：是流体最基本的特性 2. 粘性：即运动着的流体中速度不同的各流体层之间
存在着沿切向的粘性阻力（内摩擦力） 3. 可压缩性：实际流体都是可压缩的，特别是对气体
44
3 ．全部血液循环系统的血压变化曲线 血压的高低与流量、流阻及血管的柔软程度有关。 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。
45
微循环的基本概念
第六节 微循环血流
2 微循环的结构特点 3 微循环的功能特点
46
Hemorheology
一、微循环的基本概念(microcirculation)
在某一流管中取两个与流管垂直的截面s1 和s2，流
体在两截面处的流速分别为： 1 和 2 ，流量分别
为Q1和Q2 ，则有：Q1＝Q2
所以： S1 1S2 2
连续性方程
该式表明：不可压缩的流体做定常流动时，流 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 是个常量。
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，流管外的流体也不会流入管内.
三、连续性方程
流量：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体积流量，简称流量， 用Q表示。
单位： m3 / s
量纲： L3T1
平均流速 ， Q/S
12
连续性方程：对于不可压缩的定常流动的流体，
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 p 成正比。
即 Q R4P 8L
R —— 管子半径
—— 流体粘度
L —— 管子长度
P—— 压强差 32
33
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35
36
37
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，它所受的粘性阻力可以写为
说明： ①截面积S是指同类 血管的总截面积。
②流速v是指截面上 的平均流速。
43
血流过程中的血压分布
血压是血管内血液对管壁的侧压强。
1．收缩压 - 舒张压 = 脉压
2．平均动脉压 P ：一个心动周期中动脉血压的平均值。
P
1 T
T
0
Ptdt
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。
（4）存在血浆层
（5）毛细血管不可以扩张
49
Hemorheology
（6）血压低 动脉血压在细动脉中明显下降 人体毛细血管平均血压为 2.7kPa-3.3kPa。 动脉端：4.0kPa-5.3kPa 中段：3.3kPa 静脉端：1.3kPa-2.0kPa
50
Hemorheology
（7）流速慢、雷诺数Re小
细动脉的舒缩、分支口、狭窄部WBC、PLT 的瞬时阻塞→血压梯度、血流速度的改变→ 灌注流量改变。
52
Hemorheology
（10）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 血管壁，以保证跨毛细血管壁的物质交换。
53
Hemorheology
微循环的流动效应
微循环血流的流态 2 微血管中的血流效应
f kvl
比例系数 k 由物体形状决定。
对于球体，若半径为 R ，则 k = 6 π ，
f 6 vR ∴
—— 斯托克斯定律
38
2、收尾速度（沉降速度）
当半径为 R 、密度为 ρ 的小球在粘度为 η 、密度为 σ （ ρ> σ ） 的粘性流体中竖直下落时，它所受力
G 4R3g
3
f浮
4R3g
3
f 6vR
13
所以：单位时间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 中质量守恒
S1 1S22
实际上输送理想流体的刚性管道可视为流管，若 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：
S 00 S 11 S 22 .. .S .n .n . 14
40
第五节 血液在循环系统中的流动
一、血液的组成及特性
1、组成
血浆
血液
红细胞 99.9%
血球 白细胞 血小板
0.1%
血液是非牛顿流体，其粘度不是常数。
41
2、特性
① 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。
粘性流体作稳定流动时的伯努利方程
E —— 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。
30
两种特殊情况： ⅰ若粘性流体在水平等粗细管中作稳定流动，
∵ h1 h2 v1 v2
∴ P1P2E
∴
P1 P2
因此，若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。
20
21
22
23
24
25
26
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ρ、粘度η、管子半径 r
★ 雷诺提出一个无量纲的数——雷诺数作为流体由层流向湍流转变的判据
vr Re
★ 实验证明： Re 1000
层流
1000Re 1500 过渡流
Re 1500
湍流
27
28
29
第四节 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
P 1 1 2v 1 2g1 h P 2 1 2v 2 2g2 h E
② 具有粘弹性
③ 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4切2 变时间延长而降低的这种特征称为血液的触变性
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 8~10 m/s，它与血液 的流速不同。
静止 红细胞
静止 红细胞
56
Hemorheology
7
二、稳定流动（ steady flow ） 液体质点经过空间某一定点速度不随时 间改变的流动
8
流场：流体中的每一点的流速随空间的分布称 为流体速度场。
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：
v=f(x,y,z,t)
如果空间任意点流体质元的流速不随时间变化，
则这种流动叫定常流动，则：
ⅱ若粘性流体在开放的等粗细管中作稳定流动，
∵ P1P2 P0 v1 v2
∴ g1h g2hE
因此，细管两端必须维持一定的高度差。
31
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
第二节 伯努利方程
❖ 丹·伯努利(Daniel Bernoull, 1700-1782)瑞士科学家. ❖ 1738年伯努利(D. Bernoulli)提出了著名的伯努利方
程. ❖ 它是利用功能原理推导得到. ❖ 功能原理： ❖ 机械能的改变量等于外力和非保守内力做功的代数
和.
15
❖ 第二节 伯努利方程及其应用一、伯努利方程 ❖ 丹·伯努利(Daniel Bernoull, 1700-1782)瑞士科学家. ❖ 1738年伯努利(D. Bernoulli)提出了著名的伯努利方
v=f (x, y,z)
9
A、流线：在流体流动的空间，做一些曲线，使曲线 上任何一点的切线方向都与流体通过该点时速度方 向一致，这些曲线就叫做流线。 流线的特点： 不相交 定常流动的流体其流线分布不随时间变化
10
B、流管：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。
平均约0.4mm/s-1mm/s，有利于物质交换
毛细血管中Re=10-2~10-4
104 Re
R e rv
惯性力可忽略
102
101 10-1 10-2
主动 动脉
细毛 动细
细静 静脉
(8)潜在容量大 总有效面积约1000m2.
51
Hemorheology
（9）灌流量易变 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。
当三力达到平衡时，小球将以匀速度 vT下落，
由 G f浮f 即 3 4R3g3 4R3g6v TR可得
vT
2gR2
9
——
收尾速度（沉降速度）
39
应用：
vT
2gR2
9
① 在已知 R、 ρ、 σ的情况下，只要测得收尾速度便可以 求出液体的粘滞系数 η 。
② 在已知 η 、 ρ、 σ 的情况下，只要测得收尾速度便可以 求出球体半径 R 。
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morheology
三种血管关系示意图
静脉瓣活 动示意图
47
（二）微循环的特点及脏器微血管构型 1.微循环的血流特点 （1）非连续性介质，是RBC与血浆的二相流。
毛细血管中红细胞的个性将直接影响微血管，特
别是毛细血管的血流特性。此时RBC与管壁间的
作用不容忽视。
48
Hemorheology
（2）微血管数目多 毛细血管的每根长度约为0.5-1mm，全身毛细
血管数目约400亿根，总长约9~11万公里，可围绕 地球2周半。总长占全身血管总长的90% 。 （3）管径细、管壁薄 微循环血管的直径<100m≈15dRBC 。 毛细血管的直径d<10m，厚度≈0.5m。 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。
血流动力学原理
血流动力学原理
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
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对于实际流体： 1、像水和酒精的粘性很小，气体的粘性更小 2、一般液体的可压缩性很小 气体的可压缩性比较大，但对于可流动的气体，在 比较小的压强下，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。
所以：流动性是决定流体运动的主要因素 可压缩性和粘性是影响流体运动的次要因素
理想流体：绝对不可压缩、完全没有粘滞性的流体
54
Hemorheology
一、微循环血流的流态
影响微循环流态的因素
（1）心脏搏动周期性节律的影响（规律性）。 （2）微血管自发节律性舒缩运动的影响（规律性）。 （3）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）。
（一）血液在微血管中的流动状态 1.搏动流 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。
55
Hemorheology
2.间歇流
微动脉、微静脉平滑肌、毛细血管前括约肌有节 律舒缩造成的间歇性流动，其周期约为9s。 3.塞流
在很细的微血管中，红细胞直径与血管直径相近， 在中心移动的红细胞与其周边的血浆层以相似的 速度流动，这种流动形式称之为塞流。
3.血浆团流
流动的两红细胞之间 的血浆呈现一种特殊 的“环行运动”。