第五章气体内的运输过程知识讲解

气体运输的概念(二)气体运输的概念概念定义•气体运输是指将气体从一个地点运送到另一个地点的过程。

•气体可以以压缩、液化或气化的形式进行运输。

•气体运输通常需要特殊的容器和设备，如气瓶、储罐和管道。

气体运输的分类1.液化气体运输–液化气体是将气体通过降温或增压使其变为液体状态，以便更方便地进行运输和储存。

–常见的液化气体包括液化石油气（LPG）、液化天然气（LNG）等。

–液化气体通常以罐车、集装箱或船舶的形式进行运输。

2.压缩气体运输–压缩气体是通过增压将气体储存为高压气体，以便更方便地进行运输和储存。

–常见的压缩气体包括工业气体、医用气体等。

–压缩气体通常以气瓶、储气罐或管道的形式进行运输。

3.气化气体运输–气化气体是将液体气体或固体气体通过升温或减压使其恢复为气体状态，以便进行运输和使用。

–常见的气化气体包括液化煤气、液化氧气等。

–气化气体通常以罐车、集装箱或管道的形式进行运输。

气体运输的特点•高能量密度：相比液体和固体，气体具有更高的能量密度，能够在相对较小的体积和重量内储存更多的能量。

•易于压缩和扩展：气体可以被相对容易地压缩为较小的体积，也可以被相对容易地扩展为较大的体积，使其更方便地进行运输。

•可燃性和易爆性：一些气体具有较高的可燃性和易爆性，需要特殊的安全措施来确保运输过程的安全性。

•温度和压力对气体性质的影响较大：气体的性质会随着温度和压力的变化而发生显著的变化，需要在运输过程中进行恰当的控制。

气体运输的应用领域•工业和化工领域：气体用于供应生产过程中的能源、燃料和原料，如燃气、氧气、氢气等。

•医疗领域：气体用于供应医院中的各种医用气体，如氧气、笑气、氩气等。

•家庭和商业领域：液化石油气（LPG）用于供应家庭和商业的燃料，如燃气灶、燃气水热器等。

•航空航天领域：液化天然气（LNG）用作舰船和飞机燃料，具有高能量密度和低污染排放的特点。

通过气体运输，人们能够方便地获取和利用气体资源，满足各种领域的需求，促进经济发展和生活改善。

呼吸生理二、气体的交换气体的交拜分为肺换气和组织换气两部分，肺换气指在呼吸器官血液与外环境间的气体交换，组织换气指在组织器官, 血液与组织细胞间的气体交换。

它们均是通过物理扩散的方式实现的。

气体扩散以物理扩散的方式进行,各种气体的扩散主要取决于各种气体分压差，气体分压差是气体交换的动力。

和交换膜的通透性及交换面积有关。

三、气体在血液中的运输在呼吸的过程中，血液担任气体运输的任务，不断把氧从肺运输到组织，又不断把二氧化碳从组织细胞运输到肺部。

（一）氧的运输氧的运输有以下两种方式，少数氧直接溶解于血液中，随血液运输到组织利用，此种方式仅占运输氧的0.8～1.5%左右。

大部分与血红蛋白结合后运输到组织被利用。

在高氧分压情况下氧进入红细胞与血红蛋白中血红素的亚铁离子结合成氧合血红蛋白，叫氧合作用。

这种结合受氧分压的影响，是可逆的。

（三） CO2的运输二氧化碳在血液中的运输有以下三种方式1、有2.7%的二氧化碳直接溶解于血液中，随血液运输2、20%的二氧化碳与血红蛋白结合成氨基甲酸血红蛋白，这种结合也是可逆的，受二氧化碳分压的影响。

在组织毛细血管处，二氧化碳与血红蛋白结合，在肺毛细血管处，二氧化碳与血红蛋白分离。

3、70%的二氧化碳以碳酸氢盐的形式运输，经组织换气，二氧化碳扩散入血液，先部分溶解于血浆，与水结合成碳酸，血浆中缺乏碳酸酐酶，反应速度慢，二氧化碳增多时，由于分压高，进入红细胞，红细胞内含有碳酸酐酶，可使二氧化碳生成碳酸的速度加快，在红细胞内的碳酸又迅速解离出碳酸氢根离子，与钾和钠离子结合。

当碳酸氢盐到肺部时，由于二氧化碳分压低，碳酸氢根离子和水结合生成碳酸，碳酸再释放出二氧化碳。

第五章 气体内的输送过程教学目的和要求：1、掌握钢球模型下的平均自由程和碰撞频率的概念，深刻理解其物理意义。

2、深刻理解和掌握三种输送过程的微观机制和结果，掌握相应的宏观规律。

3、理解描述三种输送过程的系数的统计含义和统计方法重点和难点：λ 、z 是重点，输送过程的微观机制和统计方法是重点和难点，物理性质不均匀的描述是难点，三个输送系数和宏观规律是重点。

平衡态是一种理想状态，实际有价值的问题，是系统在外界的作用下，出现了不平衡，从而成为从一个平衡态转变成一个平衡态的过程，即输送过程，输送过程的问题是非平衡态的问题，这类问题无非有两种情况，其一，过程进行得非常剧烈和迅速，第二种情况，即过程行进得相对缓慢和微弱，这时每时每刻仍不是平衡态，但可认为大系统内的各局部区域近似为平衡态，从而可以把平衡态中的一些理论加以推广应用，所以称近平衡态问题或近平衡态过程，有时又叫非线性平衡过程，那么解决这类问题就不难了，物理意义明确，定律形式简单，但由于用到了平衡态的一些知识来解决不是平衡态的问题，所以其结果也不是很准确的。

我们用统计的方法来讨论这个问题，现在先来作个准备工作5-1 气体分子的平均自由程1平均自由程定义：两次相邻碰撞之间分子所走过路程的统计平均值称为平均自由程。

自由程λ的统计平均λ称为平均自由程。

自由程的长短是有偶然性的，我们对一个分子的自由程进行长时间的统计，或者同时对大量分子的自由程进行统计，则表现出稳定的统计平均值，这就是统计平均值。

Zv =λ2、碰撞频率和平均自由程有简单的关系：Zv=λ，λ和z 都反映了碰撞的频繁程度。

分子碰撞的越频繁，则意味着Z 越大。

而碰撞机会越多，分子运动的方向改变也越频繁，从而平均自由程λ越小。

可见λ的大小的确也能反映碰撞的频繁程度。

下面我们先来计算z ：跟踪一个分子,看它与那些分子相碰，并且在一分秒钟内能碰多少次。

不妨考虑一个分子运动，其他分子相对静止，运动的分子与这些相对静止的分子碰撞。

《气体的交换与运输》知识清单一、气体交换的基本概念气体交换是指在生物体内或生物与环境之间，氧气（O₂）和二氧化碳（CO₂）等气体分子在不同部位之间的转移和交换过程。

这一过程对于维持生命活动至关重要，因为细胞需要不断获取氧气进行有氧呼吸，同时排出产生的二氧化碳。

气体交换主要发生在两个部位：肺（呼吸系统）和组织（细胞水平）。

在肺部，外界空气中的氧气通过呼吸运动进入肺泡，而血液中的二氧化碳则从肺泡扩散到空气中，完成气体交换，使血液富含氧气。

在组织中，富含氧气的血液通过毛细血管网到达细胞周围，氧气从血液扩散进入细胞，细胞代谢产生的二氧化碳则扩散进入血液，然后被运回肺部排出体外。

二、气体交换的原理气体交换遵循扩散原理。

扩散是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域自发移动的过程，直到浓度达到平衡。

对于气体来说，扩散的动力是浓度差。

氧气在肺泡中的浓度高于血液中的浓度，所以氧气会从肺泡扩散进入血液；而二氧化碳在血液中的浓度高于肺泡中的浓度，所以二氧化碳会从血液扩散进入肺泡。

气体扩散的速率受到多种因素的影响，包括：1、分压差：分压差越大，气体扩散的速率越快。

2、气体的分子量和溶解度：分子量小、溶解度大的气体扩散速率快。

例如，二氧化碳的分子量比氧气大，但二氧化碳在水中的溶解度比氧气高，所以二氧化碳的扩散速率相对较快。

3、扩散面积和距离：扩散面积越大、扩散距离越短，气体扩散的速率越快。

三、肺内气体交换（一）呼吸运动与肺通气呼吸运动包括吸气和呼气两个过程。

吸气时，肋间肌和膈肌收缩，胸腔容积增大，肺内压力降低，外界空气进入肺内；呼气时，肋间肌和膈肌舒张，胸腔容积减小，肺内压力升高，肺内气体排出体外。

通过呼吸运动实现的肺通气是肺内气体交换的前提条件。

（二）肺泡的结构特点肺泡是气体交换的主要场所，具有以下有利于气体交换的结构特点：1、数量众多：人体约有 3 亿到 4 亿个肺泡，大大增加了气体交换的面积。

2、肺泡壁薄：由一层扁平的上皮细胞构成，有利于气体的扩散。

《气体的交换与运输》知识清单一、气体交换的基本原理气体交换是指在机体与外界环境之间以及机体内部各部分之间，气体分子通过扩散作用进行的物质交换过程。

这一过程遵循着物理学中的分压定律和扩散定律。

分压定律指出，混合气体中每种气体的分压等于其在总压力中所占的比例乘以总压力。

在空气中，氧气约占 21%，所以在标准大气压下（约 760 mmHg），氧分压约为 160 mmHg。

而在体内，由于不同部位的气体成分和压力不同，就会产生气体的扩散。

扩散定律表明，气体分子总是从分压高的部位向分压低的部位扩散，直到分压达到平衡为止。

气体扩散的速率与气体的分压差、扩散面积、温度以及气体分子的分子量和溶解度等因素有关。

二、气体在肺内的交换1、肺泡与血液之间的气体交换肺泡是气体交换的主要场所。

肺泡内的氧分压较高，而经过组织代谢后的静脉血中的氧分压较低，二氧化碳分压则相反。

因此，氧气从肺泡扩散进入血液，二氧化碳则从血液扩散进入肺泡。

影响肺泡气体交换的因素包括：（1）呼吸膜的厚度：呼吸膜由肺泡上皮细胞、间质、毛细血管内皮细胞等组成。

呼吸膜越厚，气体交换的阻力越大。

（2）呼吸膜的面积：呼吸膜面积越大，气体交换的效率越高。

某些肺部疾病（如肺不张、肺实变）会导致呼吸膜面积减少，影响气体交换。

（3）通气/血流比值：指每分钟肺泡通气量与每分钟肺血流量的比值。

正常情况下，通气/血流比值约为 084。

当比值增大时，意味着部分肺泡未能得到充分的血流灌注，导致无效腔增大；比值减小时，则出现功能性动静脉短路，影响气体交换效率。

2、肺换气的过程吸气时，肺泡扩张，肺泡内压力低于大气压，外界空气进入肺泡。

同时，氧气通过呼吸膜扩散进入肺泡周围的毛细血管。

呼气时，肺泡回缩，肺泡内压力高于大气压，肺泡内的气体排出体外，同时血液中的二氧化碳扩散进入肺泡。

三、气体在组织中的交换1、组织与血液之间的气体交换组织细胞在代谢过程中不断消耗氧气并产生二氧化碳，使组织内的氧分压低于血液中的氧分压，二氧化碳分压则高于血液中的二氧化碳分压。

气体运输的主要形式气体运输介绍气体运输的主要形式是物理溶解和化学结合。

气体运输是指通过血液循环，从肺泡摄取的氧气运送到组织，同时把组织细胞产生的二氧化碳运送到肺。

物理溶解约占血液运输氧总量的1.5%。

气体的溶解量取决于该气体的溶解度和分压大小，分压越高，溶解的度越大。

气体运输的主要形式气体运输的主要形式是物理溶解和化学结合。

气体运输是指通过血液循环，从肺泡摄取的氧气运送到组织，同时把组织细胞产生的二氧化碳运送到肺。

物理溶解约占血液运输氧总量的1.5%。

气体的溶解量取决于该气体的溶解度和分压大小，分压越高，溶解的度越大。

气体运输介绍1、化学结合化学结合的形式是氧合血红蛋白。

这是氧气运输的主要形式，占血液运输氧总量的98.5%。

正常人100ml动脉血中血红蛋白（Hb）结合的氧约为19.5m。

2、Hb是运输氧的主要工具，Hb与O2结合有如下特点：1、Hb与O2的可逆性结合。

2、Hb与O2结合是氧合而不是氧化，因为它不涉及电子的得失。

3、Hb与O2结合能力强4、Hb的变构效应直接影响对O2的亲和力5、结合成解离曲线呈S型。

气体气体是四种基本物质状态之一（其他三种分别为固体、液体、等离子体）。

气体可以由单个原子（如稀有气体）、一种元素组成的单质分子（如氧气）、多种元素组成化合物分子（如二氧化碳）等组成。

气体混合物可以包括多种气体物质，比如空气。

气体与液体和固体的显著区别就是气体粒子之间间隔很大。

这种间隔使得人眼很难察觉到无色气体。

气体与液体一样是流体：它可以流动，可变形。

与液体不同的是气体可以被压缩。

假如没有限制（容器或力场）的话，气体可以扩散，其体积不受限制，没有固定。

气态物质的原子或分子相互之间可以自由运动。

气体的特性介于液体和等离子体之间，气体的温度不会超过等离子体，气体的温度下限为简并态夸克气体，现在也越来越受到重视。

高密度的原子气体冷却到非常低的低温，可以依其统计特性分为玻色气体和费米气体，其他相态可以参照相态列表。

气体输送设备气体输送机械应用广泛类型也较多，就工作原理而言，它与液体输送机械大体相同，都是通过类似的方式想流体做功使流体获得机械能量。

但气体与液体物性有很大的不同，因而气体输送机械有自己的特点。

（1）由于气体密度很小，对输送一定质量流量的气体时，其体积流量大，因而气体输送机械的体积大，进出口管中的流速也大。

（2）由于气体的可压缩性，当气体压强变化时，其体积和温度也将随之发生变化。

这对气体输送机械的结构和形状有较大影响。

气体输送设备分类：通风机、鼓风机、压缩机和真空泵分类:按结构分为：离心式和往复式按出口压力分：通风机：终压不大于1.471×104Pa (表压)，压缩比< 1.15；鼓风机：终压不大于1.471~29.2×104Pa (表压) ，压缩比< 4；压缩机：终压> 29.2×104Pa (表压) ，压缩比> 4真空泵：终压接近于0，压缩比由真空度决定；从设备中抽出气体，使设备中产生负压离心式通风机离心式通风机的基本结构和单级离心泵相似。

机壳是蜗壳形，但机壳断面有方形和圆形两种。

一般低、中压通风机多为方形，如图2-21所示，高压的多为圆形原理：吸入口吸入空气，在叶轮的作用下在机壳内流动，最后从排出口出来。

离心鼓风机离心鼓风机的送气量大，但所产生的风压不高，出口表压强一般不超过294×103Pa。

由于在离心鼓风机中，压缩比不高，所以无需冷却装置，各级叶轮的直径也大致相同。

离心鼓风机的选用方法与离心通风机相同。

其内部结构与离心式通风机相似，空气从进风口进去，里面有叶轮，在叶轮的作用下空气被压缩，一级不够第二级继续压缩，共三级。

最后从出风口出来。

离心式压缩机离心式压缩机常称为透平压缩机，它的主要结构、工作原理都与离心鼓风机相似，但离心压缩机的叶轮级数多，通常在10级以上，且转速较高，故能产生更高的压强。

从上图可以看到，此设备有左右两个压缩缸，气体从4进去，经过两次压缩从3出来。