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高考生物答题的高频易错点系列八（人体稳态）高考答题的高频易错点系列八（人体稳态）一、人体内环境稳态1对人体内环境的概念与组成成分理解不到位（1）准确把握细胞外液的内涵与外延：①“细胞外液”属于多细胞动物的一个概念，单细胞生物无所谓“细胞外液”；②细胞外液即内环境，二者内涵与外延相同，只是侧重点不同——细胞外液相对于生物细胞的生活环境，而内环境相对于处界环境。
③人的呼吸道、肺泡腔、消化道、泪腺等有孔道与外界相通的液体应算作人体外部环境，如尿液、原尿、消化液等不是细胞外液。
（2）内环境的成分：①水；②蛋白质；③无机盐；④血液运送的各种营养物质，如脂质、氨基酸、维生素、葡萄糖、核苷酸等；⑤血液运送的各种代谢废物，如尿素、尿酸、氨等；⑥血液运送的气体、激素，如2、2、胰岛素等；⑦其它如维生素、神经递质等。
（3）不属于内环境的成分：①血红蛋白；②载体蛋白；③呼吸酶；④H22酶；⑤DNA复制、转录、翻译有关的酶；⑥突触小泡内神经递质。
（4）特殊细胞的内环境：①毛细血管壁细胞——血浆和组织液；②毛细淋巴管壁细胞——淋巴和组织液；③组织细胞（指除血细胞、淋巴细胞和上述两种细胞之外的其它细胞，如肝脏细胞、肾小管上皮细胞、消化道上皮细胞、皮肤表皮细胞等）——组织液。
（）白细胞可穿过毛细血管壁进入组织液，但红细胞不能。
（6）能在内环境中发生的化学反应：①血浆pH的调节；②抗体与抗原的识别及结合；③神经递质与受体结合；④组织胺使毛细血管扩张。
例1下列属于人体内环境的组成成分是（）①血浆、组织液和淋巴②血红蛋白、2和葡萄糖③葡萄糖、2和胰岛素④激素、突触小泡和氨基酸A①③B③④①②D②④例2下列生理活动的发生过程与内环境无关的是（）A抗利尿激素对肾小管、集合管细胞的信息传递过程B肌肉剧烈运动生成的大量乳酸被人体中和的过程淀粉在唾液淀粉酶的作用下水解成麦芽糖的过程D进入人体的细菌外毒素被抗毒素中和的过程例3下图为高等动物的体内细胞与外界环境的物质交换示意图，下列叙述正确的是（）A①③都必须通过消化系统才能完成B人体的体液包括内环境和细胞外液细胞与内环境交换的④为养料和氧气D⑥可表述为：体内细胞可与外界环境直接进行物质交换二、血糖和体温的平衡及调节1、血糖平衡及调节①血糖对应环境为内环境,3个去路都在细胞内进行，即血液中葡萄糖必须先进细胞才能利用。
专家简介张海平：德国蔡勒集团公司工学博士一、工作经历：目前，担任德国蔡勒集团公司技术顾问，山东泰丰液压设备公司技术顾问，上海理工大学客座教师，中国液压气动密封件工业协会第六届专家委员会委员。
1990年4月至2007年8月，供职德国蔡勒集团公司研发部，主管车载液压系统研发，设计，测试.1988年8月至1990年3月，在德国亚琛工大流体传动与控制研究所做博士后。
1985年3月至1988年2月，在上海交通大学机械系液压教研室攻博。
1982年至1985年2月，在上海工业大学机械系液压教研室任教师。
二、专业特长：液压系统设计，测试分析。
培训。
三、主要业绩：(如获得的奖励、撰写的论文、承担或参与重大项目的经历)有四项德国专利发明.1989年6月，作为洪堡学者获德国总统冯 魏茨泽克接见。
在泰丰公司参与组织的“大流量电液插装阀”获2009年度液气密行业优秀新产品一等奖。
论文：介绍一种新阀“软溢流阀”, <流体传动与控制>，2005-05 螺纹插装阀介绍之一溢流阀, <流体传动与控制>，2005-05,06螺纹插装阀介绍之二平衡阀, <流体传动与控制>，2006-03,05,06螺纹插装阀介绍之三电磁换向阀, <流体传动与控制>，2007-02,03螺纹插装阀技术，<流体传动与控制>，2004-2阀研发的趋势，<流体传动与控制>，2004-06？德国亚琛工大流体传动与控制教材简介,<液压气动与密封>，2003-06德国亚琛工大流技所的科研现状简介，<机电设备>， 2003 中国大学液压教材必须作重大改进, <液压气动与密封>，2009-06流体技术的过去和将来, <液压气动与密封>，2010-5测试是液压的灵魂, <液压气动与密封>，2010-6纠正一些关于稳态液动力的错误认识, <液压气动与密封>，2010-9差距和优势, <液压气动与密封>，2010-9四、希望参与哪些技术服务工作：技术培训讲座-实用液压技术基础-工程机械的液压速度控制原理-螺纹插装阀。
2.3.2.4 作用在阀芯上的液动力问题当液流流经液压阀阀腔时，由于液流的动量发生变化，液流对液压阀会产生作用力，这个力称液动力，液动力是作用在阀芯上的主要轴向力之一。
液动力问题一直是液压界关注的一个重要问题，液动力不仅会影响阀的操纵力，而且还可能引起阀的自激振动，影响整个系统的稳定性和可靠性。
1. 作用在滑阀阀芯上的液动力图2.3-11a 所示为一四边滑阀，该滑阀具有两种不同油液进出形式的阀腔，如图2.3-11b 和c 所示。
b ) 出口节流c ）进口节流a ）四边滑阀图2.3-11滑阀的液动力计算对于某一固定的阀口开度x 来说，阀芯固定不动，阀腔中的流动为定常流动，液流对阀芯的作用力为稳态液动力。
图2.3-11a 为流体从阀腔流出时被节流的情况，选择阀腔进、出口过流断面及腔内壁面为控制面的控制体，运用式（2.3.6）得到阀芯所受轴向稳态液动力F s 为θρcos Qv F s -= （2.3.24）式中 v —滑阀节流口处的平均流速；θ—射流方向角，理想直角锐缘滑阀的射流角θ＝690；Q —流量。
当流体反方向流动，即进口节流时，如图2.3-11b 所示，稳态液动力仍为式（2.3.24）。
应用阀口流速和流量公式，稳态液动力F s 的计算式还可以表示为θcos 2p wx C C F q v s ∆-= （2.3.25）式中 C v —流速系数，一般取0.98～0.99；C q —流量系数；Δp —阀口前后的压差；w ─阀口节流边周长，w=πd ；由于θ角总是小于900，因此不论流动方向如何，稳态液动力方向始终使阀口趋于关闭。
当阀芯处于运动状态时，阀口的开度x 变化而使流量随时间t 发生变化，阀腔内的液流速度也将随时间而变，因此属非定常流动的情况，此时除了上述稳态液动力以外，阀芯还受到轴向瞬态液动力F i ，F i 可由式（2.3.6）中第二项得到dtdQ L d v t F i ρτρ∂∂τ =-=⎰ （2.3.26） 式中 —当出口节流时取“－”，进口节流时取“＋”；L —进、出口中心距离；由上式可知，对图2.3-11a 所示的出口节流情况，在滑阀开启过程中，由于流量增大，作用在阀芯上的瞬态液动力F i 指向左，使阀芯趋于关闭，而在滑阀关闭过程中使滑阀趋于开启。
滑阀稳态液动力产生原因与补偿方法段少帅; 姚平喜; 张恒【期刊名称】《《流体传动与控制》》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】4页(P27-30)【关键词】阀套开斜孔; 出口节流式滑阀; 稳态液动力补偿; Fluent软件【作者】段少帅; 姚平喜; 张恒【作者单位】太原理工大学机械工程学院山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TH137引言液压滑阀是流体传动与控制技术中非常重要的基础元件,对滑阀的受力和工作过程进行深入的研究就显得十分必要。
作用在液压滑阀上的压力、弹簧力等都是可控的、可预知的，而液动力则随阀的开口的大小、通过流量的大小等变化。
液动力分为稳态液动力和瞬态液动力，所谓的稳态液动力是指阀的开口量一定时，液流通过阀口时因动量变化而作用在阀芯上的力。
当流量较大时，稳态液动力会较大，对伺服阀和比例阀的操控有较大的影响，会出现液动力大于操控力而使阀芯动作失效的情况，因此，补偿稳态液动力一直是国内外液压工作者关注的问题。
目前的补偿策略主要有：（1）阀套运动法[1]，这种补偿办法是将阀芯受到的力转移到运动的阀套上面，从而减小了阀芯的受力；（2）流道改造法[3][4]，通过改造阀腔的流道，优化涡的布置位置，改变了流体的流动状态，从而改善液动力的状况；（3）非全周开口法[5]，在阀芯上切割出几条“U”形槽口,油液首先在槽内流动,然后进入阀腔。
由于槽口的引流作用,减小了油液的喷射角度,液动力得到了补偿。
本文提出一种在阀套上开斜孔补偿液动力的方法，并采用Fluent软件分析对比了开斜孔前后阀内流体的流动状态，通过分析阀芯端面受力情况，从另一个角度分析了液动力产生的原因、大小及方向。
1 阀套开斜孔滑阀的结构和工作原理阀套开斜孔滑阀的结构如图1所示，与一般滑阀最大的区别就是在阀套上面沿圆周开一系列对称的径向斜孔，当液流自箭头所指入口流入，经斜孔以一定的速度ω1进入阀腔，然后以ω2的速度从节流口流出。
稳态和动态系统的理论解析随着现代技术和科学的发展，我们对自然界的认知不断深入。
在这个过程中，我们发现许多系统都具有稳态或动态两种不同的特点。
在学习和研究这些系统的时候，掌握稳态和动态系统的理论解析显得尤为重要。
一、稳态系统稳态系统指的是在某个时间段内，系统的各种属性都保持不变的状态。
对于这种系统，我们可以通过一些稳态解析方法来进行研究。
1. 平衡态分析法在稳态系统中，平衡态分析法是一种较为常见和有效的解析方法。
我们可以将系统看做一个黑盒子，对其中的若干个状态变量进行考虑，然后通过一些数学手段，求解这个状态变量的平衡点或平衡状态。
例如，我们研究一个饱和液体汽化的过程。
可以将系统看成一个二元组，其中一个是温度T，另一个是压强P。
在这个系统中，我们可以设定一个方程T=T(P)，其中极值点便是平衡点。
通过计算这个方程的导数，我们可以解出平衡点的位置和稳定性。
2. 能量守恒分析法能量守恒是任何稳态系统分析的前提条件。
我们可以将系统的能量状态看作一个能量流变量，然后利用能量守恒定律求解平衡态状态和平衡态下可能的变化情况。
例如，在研究一个热力学系统时，我们可以根据能量守恒定律得出能量守恒方程E=E(T,V)，其中E为能量状态，T为系统温度，V为系统体积。
通过对这个方程求偏导，我们可以解出系统平衡态的状态变量和稳定性。
二、动态系统动态系统指的是在某个时间段内，系统的各种属性都会随时间发生变化的状态。
对于这种系统，我们需要采用一些动态解析方法来进行研究。
1. 动力学分析法动力学分析法是研究动态系统的一种有效手段。
我们可以通过对系统的动力学方程进行分析，来得到系统的稳定状态和稳定性特征。
例如，在研究一个质点的运动规律时，我们可以通过牛顿第二定律F=ma和牛顿万有引力定律F=GmM/r^2来得到方程组d^2x/dt^2=-GMx/r^3和d^2y/dt^2=-GMy/r^3，然后利用数值方法求解这个方程组，得到系统的稳定状态和稳定性。
5.1.3 阀芯驱动与阀芯运动阻力 Spool Driving and Spool Resistance in Movement驱动阀芯的方式有手动(Manually-actuated)、机动(Mechanically-actuated)、电磁驱动(Solenoid-actuated)、液压驱动(Hydraulic Pressure-actuated )等多种。
其中手动最简单，电磁驱动易于实现自动控制，但高压、大流量时手动和电磁驱方式常常无法克服巨大的阀芯阻力(Resistance)，这时人们不得不采用液压驱动方式。
稳态时，阀芯运动的主要阻力为：液压不平衡力，稳态液动力（Steady-hydrodynamic Force ，i.e. Bernoulli Force ），摩擦力(Frictional Force)（含液压卡紧力）；动态时还有瞬态液动力，惯性力(Inertia Force)等。
若阀芯设计时静压力不平衡，高压下阀芯可能无法移动，因此阀芯设计时尽可采取静压力平衡措施，如在阀芯上设置平衡活塞。
阀芯静压力平衡后，阀芯的稳态液动力和液压卡紧力又成为主要矛盾，高压、大流量时阀芯稳态液动力和液压卡紧力可达数百至数千牛，手动时感到十分吃力。
（1）作用在圆柱滑阀上的稳态液动力液流经过阀口时，由于流动方向和流速的改变，阀芯上会受到附加的作用力。
在阀口开度一定的稳定流动情况下，液动力为稳态液动力。
当阀口开度发生变化时，还有瞬态液动力作用。
限于篇幅，这里仅研究稳态液动力。
稳态液动力可分解为轴向分力和径向分力。
由于一般将阀体的油腔对称地设置在阀芯的周围，因此沿阀芯的径向分力互相抵消了，只剩下沿阀芯轴线方向的稳态液动力。
图5.7 作用在带平衡活塞的滑阀上的稳态液动力(a)流出式； (b)流入式对于某一固定的阀口开度x 来说，根据动量定理(Theorem of momentum)(参考图5.7中虚线所示的控制体积)可求得流出阀口时[见图5.7(a)]的稳态液动力为(5.5)可见，液动力指向阀口关闭的方向。
1纠正纠正一些一些一些关于关于关于稳态稳态稳态液动力的错误液动力的错误液动力的错误认识认识张海平（上海 hpzhang856@ ）摘要：从动力学角度阐明了液压阀稳态液动力的基本概念和计算方法，分析了滑阀、锥阀、插装阀的稳态液动力受力情况的差异，分析结果表明：稳态液动力总是使阀芯关闭。
结合实例，分析了考虑稳态液动力时的液压阀、液压系统的影响因素。
纠正了国内一些大学液压教材中关于稳态液动力的一些错误认识。
关键词：大学教材，液压传动，液动力Correct some Wrong Opinions about Flow ForcesZHANG Hai-ping（Shanghai ，hpzhang856@ ）Abstract : Starting from hypostasis of steady flow forces, this paper corrects some wrong opinions about the flow forces in most Chinese university textbooks. The behavior of flow forces in hydraulics system was introduced. Some practice examples were analyzed. Key words : university textbooks, hydraulic power and control, flow forces. 收稿日期：2010-06-06作者简介：张海平（1947-），男，江西湖口人。
1 引言稳态液动力是指液压阀内流体流动过程中没有时变流动的情况下，由于液体流动而引起的液体介质对阀芯的附加作用力。
要强调的是，一，流体不流动时本身就具有一定的静压力，而我们要研究的液动力是由于流动而引起的在此静压力上附加的部分；二，虽然我们只关心流体流动时对阀芯的作用力，但流体对阀体也可能会有作用力，即阀体也可能会对流体有反作用力，忽视了这一点，就可能引出错误的结论。
稳态液动力是目前国内几乎所有大学液压教材都必讲的题目。
但大多，一，没有点出液动力的本质；二，只是停留在理论计算公式，没有把它放在液压系统里分析；三，有些还有方向性错误；四，缺少实例。
所以在这里再梳理一次。
如所周知，帕斯卡定律所总结的，“同一腔的液体对固体壁面的压力处处相等”，有一个很重要的前提：液体没有流动。
当液体有流动时，在液压阀内同一腔的压力就不再处处相等了，就会出现如伯努利方程所描述的“速度低处压力高，速度高处压力低”的现象。
如果还是按帕斯卡定律，“压力处处相等”地计算，就必须加上一个修正量。
这个修正量就是稳态液动力的来源和本质。
从这个本质出发，也许我们不能定量地计算出液动力，但至少不会犯方向性的错误。
当液体有流动时，如果可以得到所研究的壁面附近液体的速度数学表达式，再根据描述压力（能）和速度（动能）以及势能互相转换的伯努利方程能写出压力分布的数学表达式，则理论上可以用积分方法求出液体对固体壁面的作用力，从中扣除静压部分，就可得到稳态液动力。
但由于流体的运动常常很复杂，无法得到速度、压力实际分布状态的精确数学表达式，导致难于通过积分来求解稳态液动力。
而运用动量定理，可以避免寻找壁面压力分布数学式的困难，有时候 不失为一条捷径。
但这是有条件的，并非处处可行的。
其中，很重要的一条就是，在取控制体，利用动量法来研究某一方向上阀芯所受到的液动力时，该方向上作用于控制体壁面的其他影响力必须可计算，或能可信地忽略。
现在，利用流场仿真（CFD）的方法，直接计算液体对固体壁面的作用力，已经有了一些可喜的尝试。
2 滑阀2.1 具有完整阀腔的滑阀对于具有完整阀腔的滑阀(图1)，在无流动时，液体对阀芯的静压力完全平衡，合力为零。
在有流动时，液体对阀芯的作用力不再平衡，如果忽略阀体对流体的摩擦力的话，那么除阀芯外就没有其他界面对液体有轴向作用力，因此用控制体(图1灰色部分)-动量的方法求得的力，就是流体对阀芯的作用力，也即液动力。
这个力可以直接测出来。
对此，大多数教材也已给出计算方法，结论可供参考，此处就不再展开。
图1 具有完整阀腔的滑阀要指出的是， 一， 因为没有扣除阀体对流体的摩擦力，因此用动量变化的方法计算出来的力，总是大于直接从阀芯上测量出来的力[5]。
二， 射流角的大小取决于配合间隙及开口的大小，一般教科书都采用了69˚。
这是在理想情况下的计算出来的，但实际情况较为复杂，射流角并非一定是69˚[8]。
对用压力分布方法分析其液动力感兴趣的读者以后可以查阅笔者正在编著的《液压螺纹插装阀》（机械工业出版社，计划2011年上半年出版）一书绪论部分。
2.2 具有不完整阀腔的滑阀有文献提出，对如图2“所示的不完整的阀腔结构，稳态液动力的方向趋于使阀口开启。
”笔者也认为，此看法是错误的。
另外，用该图所画的控制体只能分析流体对阀体的作用力，根本不能分析对阀芯的作用力，因此也是不妥的。
只有用图5所示的控制体才能分析流体对阀芯的作用力。
图2 具有不完整阀腔的滑阀(1) 从压力分布的角度看1）如果阀腔内的压力为零，且没有流动，则液体对阀芯的作用力F 自然为零。
2）如果阀腔内的压力为p（图3），且没有流动，则液体对阀芯的作用力F 为pA，方向向左，趋于使阀口开启。
这是静压力所致。
因为并非流动所致，所以不是液动力。
图3 无流动时阀腔内的压力分布3）如果有流动（图4），则液体对阀芯的作用力F 方向还是向左，但小于pA，因为近阀口处的压力由于流动，低于静压力p。
如果还是按pA 计算，就必须加上一个修正量Fy，即F = pA + Fy图4 有流动时阀腔内的压力分布这个Fy 就是液动力，方向向右，趋于使阀口关闭。
Fy 不能直接测出来。
F 可以测得，减去pA,才是Fy。
Fy 可以通过求控制体动量变化的途径估算出来，其数值会与阀腔完整时相同。
(2)从控制体动量变化的角度来看图5 控制体取控制体如图5所示，则该控制体轴向受到两个力：- 来自控制体右面液体的压力F1， - 来自控制体左面阀芯固体壁面的力F2。
因为1-1截面处几乎无流动，流体动量比2-2截面处小得多，所以可以近似为零。
设液体密度为ρ，进入控制体的流量为Q，流速为v 2，射流角为α2。
取向右为正方向，则控制体的力矢量平衡方程式为ρQ v 2cos α2 + F1 + F2 = 0。
因为F1 = -pA，所以阀芯对控制体的作用力F2 = pA - ρQ v 2cos α2， 控制体对阀芯的反作用力为 F = -F2 = -pA + ρQ v 2cos α2， 式中，–pA 为静压力部分，方向向左；其中，附加力部分就是液动力，即Fy = ρQ v 2cos α2，液动力与流速v 2同向，即向右，趋于使阀口关闭。
3 外流式锥阀3.1 流体无流动时图6a 为在无流动时的外流式锥阀示意图。
阀芯在进口区实际受到的压力如图6b 所示。
阀芯受到的轴向力F = pA。
(a) （b）图6 无流动时的外流式锥阀，3.2 流体流动时（a） （b）图7 外流式锥阀有流动时在有流动时（图7a)，阀芯实际受到的压力就不再处处相等。
此时，越接近阀口处，流速越高，从而压力越低。
图7b 示意性地画出了锥阀在进口区所受到的压力。
该压力分布被画成了线性的，只是为了作图简便，并非实际状况，下同。
图8a 示意了阀芯实际受到的轴向力F。
如果还是按pA（图8b）计算，就必须加上一个修正量，也就是液动力Fy(图8c)，方向向下。
F = pA + Fy液动力Fy 可以通过取控制体动量的途径估算。
液流在锥阀出口腔的速度压力变化也会给阀芯带来附加的液动力。
如果该腔压力很低，因此带来的液动力也就相当低，就可以忽略。
== ++（a） （b） （c） 图8 阀芯受到的轴向力4 内流式锥阀有文献用取控制体的方法（图9a）认为，在内流式时，稳态液动力是向上，趋于使锥阀打开。
文献[4]已正确地指出了，稳态液动力的方向是趋于使锥阀关闭。
笔者在此作些补充。
（a） (b)图9 锥阀内流式4.1 控制体受力分析实际上，使用图9a 和图9b 的控制体都不能直接地正确计算出阀芯所受到的轴向力，因为这些控制体所受到的轴向力不仅来自阀芯，也来自阀体的壁面。
控制体轴向动量发生变化是这些力的共同作用，不能单算在阀芯的账上。
为作图简单起见，以下以图9b 的控制体为例，作一解释。
其原理也同样适合于图9a 的控制体。
实际控制体应该是整个环形体。
但因为它是中心对称的，所以单取其中一片剖面来分析，如图10（下同）。
(a)（b）图10 控制体与边界面之间的力图10a 示意了在有流动时，控制体对各边界壁面的压力分布状况。
图10b 示意了边界壁面对控制体的轴向分力。
从图10b，轴向力相互抵消后，可以得到控制体受到的轴向合力F1（图11），方向向下。
正是这个力造成了控制体的轴向动量变化。
所以，根据图9b 的控制体的动量变化计算出来的就是这个力，而非仅仅是阀芯对控制体的力。
图11 控制体受到的轴向合力有文献提出，在出口部分取控制体（图12）。
用此控制体可以确定低压区液动力的方向，但不能用来计算整个阀芯受到的液动力。
因为该控制体的动量变化仅为锥阀芯在低压区部分对控制体的作用。
液体流动在高压区对阀芯的作用未被考虑，应该大得多。
图12 锥阀内流式控制体的另一种取法4.2 阀芯受力分析（1）无流动时的阀芯受力图13a 所示为无流动时阀芯实际受到的压力。
图13b 中阴影部分示意了上下抵消后阀芯受到的轴向合力，也即静压力。
F = pA F = pA(a) (b)图13 无流动时阀芯受到的压力（2）有流动时的阀芯受力图14a 所示为有流动时阀芯实际受到的压力。
图14b 示意了阀芯受到的轴向压力。
上下抵消后，阀芯受到的轴向合力如图15所示。
扣除无流动时的静压力（阴影部分），剩下的即为有流动时的修正部分，即液动力Fy，方向向下。
(a) (b)图14 有流动时阀芯受到的压力图15 阀芯受到的轴向合力以上分析只考虑了内流式锥阀高压区处液体对阀芯的液动力，没有考虑低压区，也即出口区液体对阀芯的液动力。
如果出口区压力很低，几乎为大气压（在很多应用中如此），则高流速区液体的压力至多降为绝对压力零，因此液体对阀芯的附加作用力，也即液动力，相对高压区会低得多，可以忽略不计。
但如果出口区压力不是很低，高流速区液体的压力不会降为绝对压力零，那该部分液体对阀芯作用力在流动时压力变化的影响就不再能忽略了。
锥形阀芯和锥形阀座在液压技术中应用很多，特别是在盖板式二通插装阀中，其形式也多种多样。
其液动力的确定要比滑阀复杂，其控制体的取法也随锥阀的形式而变。
德国巴克教授自1964年起就开始领导组织多个博士生对之进行理论分析和实际测试[5、9、10、11]。
