【医学PPT课件】流体力学

ν=μ/ρ
The physical properties of fluid
流體具有可壓縮性(compressibility)、黏滯性(Viscosity)、 連續性(continuity)。
若液體的密度會因流動的壓力、溫度變化而產生極大的 改變，則這種流體運動就必須考慮到其流體壓縮性fluid compressibility)的影響。
流體（液體或氣體）：任一大小之剪應力施於流體時， 流體之變形角度將隨時間而增加
(fluid deforms continuous
血液與流體力學
血液循環在人體中佔有重要的角色，可以把新陳代謝 所需的氧氣和營養物質輸送之組織，並把代謝產生的 廢物從組織中回收，具有交換和運輸的作用，經由血 液不停循環流動，才使組織、細胞維持正常功能，使 人體內環境保持相對穩定。血液在血管內的流動符合 流體力學，藉由流體力學的分析顯示出血液獨特的液 體特性，再由此切入探討諸多相關疾病，並研究根本 的治療預防方式，改善目前廣為流行的血液相關病變
血液中一些重要的成分
A.紅血球：含有血紅素，可攜帶氧（二氧化碳則是由血漿來運
送的），平均 1 顆紅血球可活 120 天，老的紅血球在肝臟或脾 臟中被吞噬掉，血紅素也會被分解出鐵質，而再利用。一般健 康男性紅血球約540萬個／立方毫米血液，女性約有480萬個／ 立方毫米血液，長期住在空氣稀薄的高山居民，紅血球數目也 會較多。
循環系統
• 血液循環系統包括心臟和血管，心臟為推動 血液循環的原動力，各種血管為血液循環所 取路徑，而微血管則是血液與組織液間交換 物質的場所。
• 循環系統 功能：
1. 運送各種物質往來於體細胞之間使全身的細 胞發揮其本身的機能
2. 細胞代謝 3. 體液體積之恒定 4. 酸鹼度之恒定 5. 抵抗微生物之侵害
• 心臟分為四部分：左、右二心房與左、右二 心室。心房在上方，心室在下方。
• 連接心房的血管叫靜脈，連接心室的血管叫 動脈。在主動脈離心臟不遠處，有一個血管 分支，稱為冠狀動脈，可以供應心肌營養， 如果冠狀動脈硬化或堵塞，則心臟會缺氧， 引起狹心症、心肌梗塞。
血液循環的二個系統
• 體循環(又稱大循環)：
Ps.不可壓縮無黏滯的流體稱之為理想流體。 可壓縮的流體乃應用於高馬赫數如航空工業等。
黏滯力（viscosity）
在我們學習流體的摩擦和流體的擾動的領域中，流體的 黏滯性是一項重要的數量；它產生於兩個相對運動的流 體分子之間。
流體的黏滯性是度量上下兩層流體間相對滑動所造成的 摩擦力大小。
固體：當一剪應力（shear stress）施於固體時，固體之變形 角度正比於施力，而變形不隨時間而變化。
我們將剪應力及剪應率得這個關係式對各個流體做圖， 可得以下這個圖:
圖中有各式各樣的流體，讓我們來看看圖中這從原點出發， 並呈一直線的流體。這樣的流體我們定義為牛頓流體。牛 頓流體的剪應力對剪應率的比值恆為一定值。圖中的斜率 即代表所謂的黏滯係數，故牛頓流體的黏滯性是固定的， 反之亦然。但是大多數的流體皆不是牛頓流體，亦即它們 的黏滯性是會改變的，這些流體歸類為非牛頓流體，如上 圖所示的其他流體皆是。他們的剪應力對剪應率的比值稱 為apparent viscosity，它並不是一個常數，會隨情況而變。
B.白血球：有許多種類，有的可以吞掉入侵的病菌，有的可強
化發炎反應，以加快消滅入侵的病菌，故白血球可說是人體的 防衛部隊，通常白血球僅存活幾小時至幾天，正常血液中含
5000-9000個／立方毫米血液。
C.血小板：正常血液中含有 250,000 – 400,000 個／立方毫米
血液，當血小板遇到受傷的組織所放出的化學物質時，就會變 大，而且形狀變得不規則，並引起一連串的反應，使血液凝固，
力學基本物理公式介紹
ຫໍສະໝຸດ Baidu流體
血液中相關的力量
•垂直管壁的壓力pressure •管壁細胞抵抗撕裂的張力tensile stress •平行管壁的剪應力shear stress 這一次我們討論作用在血管內皮細胞上的力主要是剪應力 剪應力 SHEAR STRESS:
如果一個切線力P作用在如上圖的平面頂端，它會使得此平面以 一個相對於下方平面的速度u移動。和上方平面相連接的流體將 會以和平面一樣的速度移動同樣的緊鄰下方的流體也相同於下方 平面的速度，此時它和下方平面一樣，是靜止的。所以一個速度 梯度即產生了，就如上圖所示。我們將此切線力和它作用的平面 的比值定義為剪應力，shear stress。而速度梯度即為u/h，h指 的是上下平面的距離；速度梯度也就是剪應率（rate of shear）。 一般說來，剪應率是被定義為du/dy，y如上圖所示，指的是和作 用力P方向的垂直距離。
血液的功能
1. 運送各種物質：
如氧、養份、荷爾蒙的運送，與二氧化碳、 廢物的移除。
2. 保護作用：血液中含有許多抗體、白血球、
血小板，可消滅入侵的細菌、病毒，有外傷 時，血小板的凝固作用，可保護身體，以免 失血過多死亡。 3. 調節平衡作用： 血漿中有許多礦物質、水份、蛋白質，可調 節酸鹼度及體液體積
防止體液的散失，一般生命期約5-9天。
心臟
• 心臟供應動力以維持血液的循環。它驅動血 液，其壓力足以使血液流經血管。
• 心臟是肌肉性而中空的器官，大約為錐形，約與自 己的拳頭大小相當。心臟傾斜地位於胸腔內，大約 三分之二的心臟位於正中線的左方。其基底向上曰 心底，指向右上方；尖端向下曰心尖，指向左下方。
左心室將血液打入主動脈，經由大動脈及其分 枝而流到身體各部的細胞和組織，供應氧氣和 營養後，帶回代謝產物及二氧化碳，經上下腔 靜脈、大靜脈回流入右心房，稱為體循環。
• 肺循環(又稱小循環)：
【医学PPT课件】流体力学
流體的因次(dimension)與單位(unit)
在研究流體力學時，所有的物理量我們都可以將其以四種最 基礎的因次表示：質量M；長度L；時間T；溫度θ。
但在學術上有時為求方便會將力F 作為第五個基礎因次。由 於F=M˙a = M˙LT-2 所以在作因次分析時便有了MLT 制與FLT 制兩 種：