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管道流体原理管道是一种常见的输送流体的工程结构，广泛应用于石油、化工、水利、供热等领域。
了解管道流体原理对于设计和操作管道系统至关重要。
本文将介绍管道流体的基本原理以及与之相关的一些重要概念和公式。
一、流体基本概念流体是指在外力作用下可以流动的物质，包括液体和气体。
与固体相比，流体的分子间距较大，分子间相互作用力较小，因此具有流动性。
流体的性质可通过以下两个基本参数来描述：1. 密度（ρ）：流体单位体积的质量，通常以千克/立方米（kg/m³）表示。
2. 粘度（μ）：流体内部抵抗剪切力的能力，即流体的黏稠程度，通常以帕斯卡秒（Pa·s）表示。
二、流体力学中的基本定律1. 连续方程：根据质量守恒定律，流体在管道中的质量守恒可由连续方程描述。
连续方程的数学表达为：∂ρ/∂t + ∇·(ρv) = 0其中，∂ρ/∂t表示流体密度随时间的变化率，∇·(ρv)表示流体质量流入单位面积内的变化率。
2. 动量方程：根据动量守恒定律，流体在管道中的动量守恒可由动量方程描述。
动量方程的数学表达为：∂(ρv)/∂t + ∇·(ρv⃗v) = -∇P + ∇·τ + ρg⃗其中，∂(ρv)/∂t表示流体动量随时间的变化率，∇·(ρv⃗v)表示流体动量流入单位面积内的变化率，∇P表示压力梯度，∇·τ表示剪应力的散度，ρg⃗表示重力作用力。
三、流体在管道中的流动状态管道中的流体可分为层流和湍流两种流动状态。
1. 层流：当流体在管道中呈现出较为有序的分层流动状况时，称为层流。
层流时，流体的速度随距离变化较平缓，流线间相对稳定，分子间相互作用力起主导作用。
层流的特点是低速、流线整齐。
2. 湍流：当流体在管道中呈现出非线性、脉动和流线交错等现象时，称为湍流。
湍流时，流体的速度和压力有大幅度波动，分子间相互作用力起次要作用。
湍流的特点是高速、流线混乱。
流体力学总结第一章流体及其物理性质1. 流体：流体是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质，只要这种力继续作用，流体就将继续变形，直到外力停顿作用为止。
流体一般不能承受拉力，在静止状态下也不能承受切向力，在任何微小切向力的作用下，流体就会变形，产生流动 2. 流体特性：易流动(易变形)性、可压缩性、粘性 3. 流体质点：宏观无穷小、微观无穷大的微量流体。
4. 流体连续性假设：流体可视为由无数连续分布的流体质点组成的连续介质。
稀薄空气和激波情况下不适合。
5. 密度0limV m m V V δδρδ→==重度0lim V G Gg V Vδδγρδ→===比体积1v ρ=6. 相对密度：是指*流体的密度与标准大气压下4︒C 时纯水的密度〔1000〕之比w wS ρρρ=为4︒C 时纯水的密度13.6Hg S = 7. 混合气体密度1ni ii ρρα==∑8. 体积压缩系数：温度不变，单位压强增量引起的流体体积变化率。
体积压缩系数的倒数为体积模量1P PK β=9. 温度膨胀系数：压强不变，单位温升引起的流体体积变化率。
10. 不可压缩流体：流体受压体积不减少，受热体积不膨胀，密度保持为常数，液体视为不可压缩流体。
气体流速不高，压强变化小视为不可压缩流体 11. 牛顿内摩擦定律：du dyτμ=黏度du dyτμ=流体静止粘性无法表示出来，压强对黏度影响较小，温度升高，液体黏度降低，气体黏度增加μυρ=。
满足牛顿内摩擦定律的流体为牛顿流体。
12. 理想流体：黏度为0，即0μ=。
完全气体：热力学中的理想气体第二章流体静力学1. 外表力：流体压强p 为法向外表应力，内摩擦τ是切向外表应力〔静止时为0〕。
2. 质量力〔体积力〕：*种力场对流体的作用力，不需要接触。
重力、电磁力、电场力、虚加的惯性力 3. 单位质量力：x y z Ff f i f j f k m==++，单位与加速度一样2m s 4. 流体静压强：1〕流体静压强的方向总是和作用面相垂直且指向该作用面，即沿着作用面的内法线方向2〕在静止流体内部任意点处的流体静压强在各个方向都是相等的。
流体复习整理资料第一章 流体及其物理性质1.流体的特征——流动性:在任意微小的剪切力作用下能产生连续剪切变形的物体称为流体。
也可以说能够流动的物质即为流体。
流体在静止时不能承受剪切力，不能抵抗剪切变形。
流体只有在运动状态下，当流体质点之间有相对运动时，才能抵抗剪切变形。
只要有剪切力的作用，流体就不会静止下来，将会发生连续变形而流动。
运动流体抵抗剪切变形的能力（产生剪切应力的大小）体现在变形的速率上，而不是变形的大小（与弹性体的不同之处）。
2.流体的重度：单位体积的流体所的受的重力，用γ表示。
g 一般计算中取9.8m /s 23.密度：=1000kg/，=1.2kg/，=13.6，常压常温下，空气的密度大约是水的1/8003. 当流体的压缩性对所研究的流动影响不大，可忽略不计时，这种流体称为不可压缩流体，反之称为可压缩流体。
通常液体和低速流动的气体（Ｕ<70m ／s ）可作为不可压缩流体处理。
4.压缩系数：弹性模数：21d /d pp E N m ρβρ==膨胀系数：）（K /1d d 1d /d TVV T V V t ==β5.流体的粘性：运动流体内存在内摩擦力的特性（有抵抗剪切变形的能力），这就是粘滞性。
流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性，而内摩擦力则是粘性的动力表现。
温度升高时，液体的粘性降低，气体粘性增加。
6.牛顿内摩擦定律： 单位面积上的摩擦力为：3/g N m γρ=p V V p V V p d d 1d /d -=-=β21d 1d /d d p V m NV p pρβρ=-=h U μτ=内摩擦力为： 此式即为牛顿内摩擦定律公式。
其中：μ为动力粘度，表征流体抵抗变形的能力，它和密度的比值称为流体的运动粘度ν τ值既能反映大小，又可表示方向，必须规定：公式中的τ是靠近坐标原点一侧(即t -t 线以下)的流体所受的内摩擦应力，其大小为μ du/dy ，方向由du/dy 的符号决定，为正时τ与u 同向，为负时τ与u 反向，显然，对下图所示的流动，τ＞0， 即t —t 线以下的流体Ⅰ受上部流体Ⅱ拖动，而Ⅱ受Ⅰ的阻滞。
流体剪切力对于生物膜形成的重要
作用
流体剪切力是指流体在它的表面施加的压力，其特点是向上和向下的分布不均匀。
当流体在一个物体的表面上运动时，会产生流体剪切力，这就是所谓的“剪切力”。
流体剪切力对于生物膜形成有着重要的作用。
首先，流体剪切力可以改变表面的形态，使之成为生物膜。
流体剪切力可以在表面产生微小的裂缝和凹痕，改变原来平整的表面，使之呈现出分段、波状等不规则结构，从而形成生物膜。
其次，流体剪切力可以影响生物膜的厚度。
在水流的作用下，表面上的细小裂缝会随着时间的推移而逐渐扩大，从而使表面变厚。
此外，流体剪切力还可以使表面上的细小凹痕向内部扩张，使表面变薄。
此外，流体剪切力还可以影响生物膜的结构。
一般来说，当表面受到拉伸应力时，表面上的裂缝会变得更长，裂缝间的距离也会更大，从而使生物膜表面形成较大的孔和较小的沟状结构。
最后，流体剪切力可以改变生物膜的粘性。
流体剪切力可以促进表面上的细小凹痕释放分子间的粘附力，从而改变生物膜的粘性。
总的来说，流体剪切力对于生物膜形成具有重要作用。
它能够改变表面的形态和厚度，影响生物膜的结构，以及改变生物膜的粘性。
因此，在生物膜形成过程中，流体剪切力的作用不可忽视。
细胞流体剪切力系统细胞流体剪切力系统是由真核细胞内液晶态的细胞骨架、胞质以及细胞外基质中所含水组成的流体力学系统。
该系统是细胞内外物质运动、信号传递及细胞形态变化的重要基础。
在这个系统内，细胞内外两个物质介质彼此摩擦，会产生细胞内部的剪切力。
细胞流体力学调控体内外的重要生理过程，如细胞的粘附、迁移、分裂、信号传导等。
细胞力学是从细胞活动中来的力学学科，它主要涉及细胞内和细胞外物质的力学行为和特性。
生物力学主要研究生物体的基础力学结构和生理过程，而细胞力学则主要研究单个细胞及其结构的力学特性。
细胞力学主要关注力转移和负荷受力的影响，如细胞膜弹性、肌肉收缩和细胞内流体力学流动。
细胞流体剪切力系统是细胞力学中的一种重要形式。
它涉及流体动力学、物理化学等基本学科，以及细胞、组织生物学等应用学科。
细胞流体剪切力系统的基本特征是它是一个非常复杂的多组分物质力学系统。
它主要由三部分构成：细胞膜、胞质和细胞外基质。
细胞膜是一种覆盖细胞表面的质膜，它由许多蛋白质和脂质分子组成，具有独特的力学特性。
胞质是一个包裹在细胞膜内部的物质，这个物质是由各种细胞器、细胞内流体组成的。
胞质的流动对细胞形态和功能具有重要影响。
细胞外基质是细胞外分泌物和细胞间基质，它可能是细胞中动力学过程的一个重要调节因素。
细胞流体剪切力系统的最显著特点是它是一种非牛顿流体，即其粘度不是恒定的。
当应力被施加到细胞内液态组分时，由于分子间的相互作用、分子间距、分子摩擦力和分子形状的影响，粘度会发生变化。
同时，该系统还会显示出许多非线性和时间依赖性的行为。
为了描述和预测细胞流体剪切力系统这些复杂行为，应该使用物理学和计算软件进行建模研究。
细胞流体剪切力系统在细胞内的作用主要表现在以下三个方面：1. 细胞形态变化：细胞流体剪切力系统参与调节细胞的形态变化，控制细胞大小、细胞间距离以及细胞间的互动关系。
2. 细胞迁移：在外界刺激下，细胞通过流动状态和收缩状态的相互作用，可以自发地向外迁徙。
摩阻流速与剪切力的关系
剪切应力和剪切变形速率du/dy之间存在正比关系，即剪切应力=动力粘性系数*du/dy，流体的显著特征是具有流动性。
在流动的过程中存在着粘滞阻力，它产生于分子间的摩擦力，我们通常用粘度来表征液体内部的摩擦力大小，即流动过程中的粘滞阻力大小。
在一定温度下，液体流动过程中所受剪切应力愈大，其应变速率也愈大，二者间的比例系数就是粘度。
当液体所受剪切应力与液体的应变速率呈线性关系时，这种流体就是牛顿流体。
流体密度越大对其速度的影响越大流体密度，流体一般指液体和气体，因为液体和气体有些和固体明显不同的性质。
密度就是物质单位体积时的质量，一般条件下是物质的特性，是固定的。
流体的密度，就是气体或液体的密度。
流体密度：任取一块流体，体积为v，质量为m。
1、在这块流体中再取一流体微团，它的质量为δm，体积为δV，这里δV→0，是一个无穷小的体积，但仍然包含足够多的流体分子，也就是说，流体作为连续介质假设的基础仍然成立。
2、比容—流体密度的倒数称为比容。
3、相对密度—流体密度与4℃水的密度的比值称为相对密度，通常用d表示。
牛顿流体与非牛顿流体的概念牛顿流体，是指在受力后极易变形，且切应力与变形速率成正比的低粘性流体，自然界中许多流体是牛顿流体，如水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以及低速流动的气体等。
非牛顿流体，也就是牛顿没研究到的那部分流体，比如花生酱、番茄酱、油漆等。
该类流体的粘度会随着剪切速率的变化发生增大或减小，即剪切力与剪切速率之间并不是明显的线性关系。
高分子聚合物的浓溶液和悬浊液一般都是非牛顿流体，常见的淀粉液、奶油、果酱等都属于非牛顿流体。
流体剪切力与17[摘要] 目的探讨对体外培养的成骨细胞增殖活性促进作用最佳的17-β雌二醇的浓度及作用时间、流体剪切力（fss）的力值及作用时间，以及此双因素共同作用对成骨细胞增殖活性的影响。
方法成骨细胞系mc3t3-e1细胞传代培养后，分别对其施加不同浓度的17-β雌二醇和不同力值的fss，采用mtt法检测细胞的增殖情况，并检测alp活性，筛选出最佳的浓度及力值；再将二者共同作用于mc3t3-e1细胞，检测其增殖情况和alp活性。
结果浓度为10-8 mol·l-1的17-β雌二醇作用5 d时，mc3t3-e1细胞的增殖及alp活性优于其他17-β雌二醇处理组；fss力值为12×10-5 n作用60 min时细胞的增殖及alp 活性大于其他fss处理组。
当二者同时作用于mc3t3-e1细胞时，细胞的增殖活性大于任一单因素处理组。
结论 17-β雌二醇和fss 对成骨细胞活性的促进作用皆有一个适宜的阈值；二者具有协同作用，对成骨细胞分化及增殖功能的影响优于单一因素作用。
[关键词] 17-β雌二醇；流体剪切力；协同作用；成骨细胞[中图分类号] q 25 [文献标志码] a [doi]10.7518/hxkq.2013.01.016 正常状态下骨形成与骨吸收处于一种平衡状态，该平衡是由成骨细胞介导的新骨形成和破骨细胞介导的骨吸收作用来实现的。
mc3t3-e1细胞株是成骨分化研究中的经典细胞株，很多学者将其用于骨形成机制的研究[1]。
影响成骨及破骨细胞增殖及活性的因素有很多，雌激素和应力是影响成骨细胞活性及增殖的重要因素[2]。
研究[3-4]表明：雌激素对成骨细胞的功能有促进作用。
还有学者[5]发现：流体剪切力（fluid shear stress，fss）能够活化成骨细胞的跨膜受体，促进成骨细胞增殖。
yeh等[6]通过研究证实：雌激素可以通过雌激素受体增加成骨细胞对fss的敏感性。
本实验采用mc3t3-e1成骨细胞系，对其施加不同浓度的17-β雌二醇及不同力值的fss，探讨17-β雌二醇、fss以及二者共同作用对成骨细胞增殖活性的影响。
1 材料和方法1.1 实验材料mc3t3-e1第3代细胞株（adcc公司，美国）。
17-β雌二醇、二甲基亚砜（dimethyl sulfoxide，dmso）、mtt（sigma公司，美国），胰蛋白酶（gibco公司，美国），含105 u·l-1青霉素及100 mg·l-1链霉素的α-mem培养基、胎牛血清（gibco公司，美国），碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，alp）试剂盒（南京建成生物有限公司），triton x-100（fluka公司北京原生生物技术有限公司分装）。
multiskan mk3酶联免疫检测仪（thermo公司，美国），平行板流室加力装置（四川大学华西口腔医学院fss课题组提供）。
1.2 细胞培养及传代将第3代mc3t3-e1细胞系用α-mem培养基（含体积分数为10%胎牛血清、105 u·l-1青霉素及100 mg·l-1链霉素）在37 ℃、5%co2潮湿环境下培养，2～3 d换液1次，待细胞均匀一层铺满培养瓶底部时，用0.25%胰蛋白酶消化获得细胞，用于后续实验。
1.3 实验方法1.3.1 17-β雌二醇处理分组将用于17-β雌二醇处理的细胞等分为a、b、c、d、e共5组，每组再分为4个小组，分别标记为a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4……以此类推。
在a、b、c、d组的培养基中分别添加浓度为10-10、10-9、10-8、10-7 mol·l-1的17-β雌二醇，每一大组的4个小组分别培养1、3、5、7 d。
e组为对照组，不加17-β雌二醇，其余处理同实验组。
设置30个重复样本。
1.3.2 fss处理分组将用于fss处理的细胞等分为a、b、c、d、e、f共6组，每组再分为3个小组，分别标记为a1、a2、a3、b1、b2、b3……以此类推。
将各组细胞接种于放置在六孔板中的盖玻片上，移入细胞培养箱静置培养至细胞完全贴壁。
采用平行板流室加力装置分批次对a、b、c、d、e组细胞分别施加每平方厘米力值为2×10-5、6×10-5、12×10-5、20×10-5、25×10-5 n的力，每组中3个小组的作用时间分别为15、60、120 min。
f组为对照组，不施加fss，其余处理同实验组。
设置30个重复样本。
1.3.3 fss+17-β雌二醇双因素处理分组经上述实验筛选出17-β雌二醇的最佳浓度和最佳培养天数后，设置双因素作用组ⅰ、fss 组ⅱ、17-β雌二醇组ⅲ、对照组ⅳ。
各组细胞的接种方法同1.3.2，其中ⅰ、ⅲ组添加最佳浓度的17-β雌二醇进行培养，ⅱ、ⅳ组添加等量dmso培养，常规培养经1.3.1步骤筛选出的最佳天数后，ⅰ、ⅱ组施加经1.3.2步骤筛选出的最佳力值及时间。
设置30个重复样本。
1.3.4 mtt检测在规定时间内，将实验样本用0.25%胰蛋白酶消化获取悬浮细胞，将细胞分别置于ep管离心5 min，接种于96孔板中，添加适量培养基，静置培养6 h至细胞完全贴壁后，每孔加入5 g·l-1的mtt溶液20 μl，37 ℃继续孵育4 h，终止培养，小心吸弃孔内培养上清液，每孔加入150 μl dmso，置摇床上低速振荡10 min，使结晶物充分溶解，然后置于酶联免疫检测仪上检测，波长为490 nm，记录光密度a值。
空白对照组做相同处理。
1.3.5 alp活性检测获取细胞及接种方法同上，根据alp试剂盒的说明，分别加入试剂1、2液50 μl离心5 min后加入试剂3液50 μl，置于酶联免疫检测仪上检测，选择520 nm波长，记录吸光度a值。
空白对照组做相同处理。
1.4 统计学分析采用spss 16.0软件进行统计学分析，同一时间组内比较采用单因素方差分析，不同时间组间两两比较使用秩和检验，检验水准为双侧α=0.05。
2 结果2.1 17-β雌二醇处理组不同浓度17-β雌二醇作用不同时间后，经mtt检测得到的a值见表1。
从表1可见：同一处理时间，c组（10-8 mol·l-1组）多优于其他实验组，实验组多优于e组（对照组）；各处理时间组的表现趋势相同，均随着17-β雌二醇浓度的增高，成骨细胞活性增强，达到高峰后逐渐回落。
各时间组的增长百分比结果见图1，可见各时间段的曲线趋势大致相同，随着17-β雌二醇浓度的升高，曲线升高，达到峰值后开始回落，其中5、7 d组中d组（10-7 mol·l-1组）呈现明显负增长，5 d组中c组（10-8 mol·l-1组）明显高于其他各组。
alp结果的分析趋势与mtt相同，表现为c3组成骨细胞分化活性最佳。
2.2 fss处理组2.2.1 细胞形态观察倒置相差显微镜下观察可见：fss作用前细胞呈多角形、梭形，排列无序（图2左）；fss作用后细胞呈长梭形，细胞长轴沿力的方向排列（图2右）。
2.2.2 mtt检测结果不同力值的fss作用不同时间后，mtt检测结果见表2：每个作用时间组内，随着力值增大，a值呈上升趋势，到达高峰后，随着力值继续增大，a值则呈下降趋势；在3组数据中，作用60 min组明显高于其他组。
经统计学检验，1组（作用15 min组）内各实验组与对照组的差异无统计学意义（p>0.05）；2组（作用60 min组）内，c2组（12×10-5 n）优于其他各组，e2组（25×10-5 n）低于对照组（p0.05），但均大于对照组（p[参考文献][1] genetos dc， geist dj， liu d， et al. fluid shear-induced atpsecretion mediates prostaglandin release in mc3t3-e1 osteoblasts[j]. j bone miner res， 2005， 20（1）：41-49.[2] knothe tate ml， falls td， mcbride sh， et al. mechanical mo-dulation of osteochondroprogenitor cell fate[j]. int j biochem cellbiol， 2008， 40（12）：2720-2738.[3] katsuyama h， arii m， tomita m， et al. association between es-trogen receptor alpha polymorphisms and equol production，and itsrelation to bone mass[j]. int j mol med， 2009， 23（6）：793-798.[4] 邓益锋，陈秀霞，胡云峰，等. 雌激素和来曲唑对鸡胚额骨成骨细胞影响的差异比较[j]. 中国组织工程研究与临床康复， 2010，14（7）：1157-1161.deng yifeng， chen xiuxia， hu yunfeng， et al. effects of estro-gen versus letrozole on chicken embryo frontal bone osteoblast[j].j clinical rehabilitative tissue engineering research，2010， 14（7）：1157-1161.[5] reich km， gay cv， frangos ja. fluid shear stress as a mediatorof osteoblast cyclic adenosine monophosphate production[j]. j cellphysiol， 1990， 143（1）：100-104.[6] yeh cr， chiu jj， lee ci， et al. estrogen augments shear stress-induced signaling and gene expression in osteoblast-like cells viaestrogen receptor-mediated expression of beta1-integrin[j]. j boneminer res， 2010， 25（3）：627-639.[7] 李蔚，孙宜萍，朱国英. 雌激素在体外对大鼠成骨细胞的作用[j].中国组织工程研究与临床康复， 2008， 12（11）：2061-2064.li wei， sun yiping， zhu guoying. effects of estrogen on rat os-teoblasts in vitro[j]. j clinical rehabilitative tissue engineeringresearch， 2008， 12（11）：2061-2064.[8] 吴丹，丁寅，王琪. 流体剪切力对大鼠成骨细胞增殖及细胞周期的影响[j]. 临床口腔医学杂志， 2007， 23（4）：197-199.wu dan， ding yin， wang qi. effects of fluid shear stress on theproliferation and cell cycle of rat osteoblasts in vitro[j]. j clinstomatol， 2007， 23（4）：197-199.[9] genetos dc， karin nj， geist dj， et al. purinergic signaling is re-quired for fluid shear stress-induced nf-κb translocation in os-teoblasts[j]. exp cell res， 2011， 317（6）：737-744. [10] 陈明，梁星，王魏新，等. 可用于体外培养破骨细胞的流体剪应力系统[j]. 生物医学工程学杂志， 2005， 22（2）：288-292. chen ming， liang xing， wang weixin， et al. a biomechanical system that can apply fluid shear stress to osteoclast-like cells invitro[j]. j biomedical engineering， 2005， 22（2）：288-292. （本文编辑吴爱华）。
