第三章 流体力学
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第三章:流体的流动一、学习要求1、理解理想流体、稳定流动、流线、流管、速度梯度、粘滞系数等基本概念。
2、掌握流体连续性方程和伯努利方程的意义和应用。
3、掌握泊肃叶公式的内涵和适用条件。
4、理解雷诺数及斯托克司定律在医学中的应用。
5、了解层流和湍流的概念及判断标准。
6、了解心脏做功、体内的血流速度及血压分布。
二、推荐学习方法1.体会物理模型的创建方法,重点体会在不同场合选择不同物理模型的依据和理由。
例如,理想流体(绝对不可压缩,完全没有粘滞性的流体),这一概念建立的依据是液体和气体的流动时,很多时候体积变化和摩擦耗能都很少,可以忽略不计,用理想模型使分析简洁,带来的误差又很小。
在应用此模型的时候,一定要注意实际现象中存在的体积变化和摩擦是否可以忽略。
如液体在粗管内流动,比如开口很大的容器底部开一小孔,求小孔处流速,由于水的可压缩性小,体积变化可忽略,容器大,流动时速度梯度小,内摩擦力可忽略,可应用伯努利方程;但如果在开孔处联结一较长细管,水在细管中流动时,粘滞性不可忽略,则要考虑伯肃叶定律;即使管道较粗,如管道较长,比如远距离输油、输水管道,求流量时也要考虑粘滞性。
2.严格遵循各物理规律的应用条件。
连续性原理是同一流管的不同截面处流速的关系,不可比较不同的流管;柏努利方程要在同一流线上使用,比较流体中两点的流速并应用柏努利方程时,一定要用一条流线将二者联系起来;在应用伯肃叶定理时一定要强调水平圆管中的层流。
三、解题指导2-1 有人认为从连续性方程来看管子愈粗流速愈小,而从泊肃叶定律来看管子愈粗流速愈大,两者似有矛盾,你认为如何?为什么?提示:两者所针对的对象是否一样?答:不矛盾,连续性原理指的是同一流管不同截面处的流速关系,截面大处流速小,而泊肃叶定律指出管子愈粗流速愈大是针对不同的流管。
两者没有可比性。
思考:连续性原理和泊肃叶定律的适用条件分别是什么?2-2为什么一个装有烟囱的火炉,烟囱越高通风的效果越好?(即烟从烟囱中排出的速度越大)提示:高空和低空空气的流动状态有无区别?答:由于高处空气的流动速度快,根据柏努利定律,烟囱顶端的气压低,底端气压高,从而推动空气挟带烟尘向烟囱顶部运动,促进通风。