Лекция №7. «Реология» icon

Лекция №7. «Реология»


Скачать 136.63 Kb.
НазваниеЛекция №7. «Реология»
Дата публикации16.07.2013
Размер136.63 Kb.
ТипЛекция


ЯГМА


Медицинская физика

Лечебный факультет


1 курс

1 семестр

1 поток


Лекция №7.


«Реология»


Составил: Бабенко Н.И.


2010 г.

1. РЕОЛОГИЯ.



Реология( реос- поток, логос – учение ) – это раздел физики о течении и деформации жидких, твердых и газообразных сред и их механическом поведении под воздействием внешних сил. Термин реология ввел американский ученый Бингам, что официально утверждено в 1929 году.

Основные понятия реологии:

1. Деформация – явление смещения условных частиц (микрообъемов) среды, под действием внешних сил без нарушения целостности среды. Деформации подразделяют на:

  • упругие, при которых форма восстанавливается после снятия действия силы;

  • пластические, при которых форма не восстанавливается после снятия действия силы;

  • остаточные, при которых форма восстанавливается частично.

2. Течение – вид деформации, которые продолжающиеся непрерывно с определенной скоростью под действием внешней силы.

3. Пластичность – способность деформироваться, как при быстром так и при медленном действии силы.

4. Ползучесть – способность деформироваться при медленном действии силы.

5. Вязкость – способность среды оказывать сопротивление при перемещении условных частиц среды относительно друг друга.

^ 6. Напряжение сдвига – это отношение силы сопротивления, возникающей при сдвиге слоев, к площади слоев.


F/S
м²=Па (-тау)


7.Градиент скорости ( скорость сдвига ) - это отношение разности скоростей соприкасающихся слоёв к расстоянию между осями слоёв.

 ∆∆х
[м/с·м=1с=с¹ ] (-гамма пунктум)


С= Q  m·T Джкг·К


^ 2. ЖИДКОСТИ, ИХ ВИДЫ И СВОЙСТВА.


Жидкость – это одно из агрегатных состояний вещества. Свойства:

а) Молекулы жидкости находятся на расстояниях для которых характерны силы межмолекулярного взаимодействия.

б) Жидкость принимает форму сосуда, занимая ее нижнюю часть.

в) Жидкость не сохраняет форму, но сохраняет объем в условиях действия силы гравитации.


^ КЛАССИФИКАЦИЯ ЖИДКОСТЕЙ:

1. По постоянству физических характеристик в разных направлениях:

  • изотропные (характеристики одинаковы во всех направлениях) – вода, лимфа.

  • анизотропные (характеристики различны во всех направлениях) – жидкое масло.


2. По отношению к законам течения Ньютона:

  • ньютоновские – подчиняются закону Ньютона (вода, неоганические растворы, низкомолекулярные органические жидкости)

  • неньютоновские – не подчиняются закону Ньютона (цельная кровь, как суспензия форменных элементов в плазме).


3. По электропроводности:

  • проводящие (кровь, раствор поваренной соли);

  • непроводящие (жидкое масло).


4. По наличию поверхности фазового раздела:

  • истинные жидкости, где отсутствует поверхность раздела между составными частями жидкости. Они прозрачны, молекулы двух разных веществ полностью перемешиваются между собой

  • квазижидкости, где есть граница раздела между составными частями (пена, эмульсии, суспензии).

В жидкости разделяют дисперсную среду и дисперсную фазу.

^ Пена - смесь жидкости с газом.

Дисперсная среда – это жидкость, а дисперсная фаза – это газ.

Эмульсия – несмешивающаяся жидкость (сметана или сыворотка). Нет дисперсной фазы и дисперсной среды.

Суспензия – смесь жидкости с твердым веществом

Дисперсная среда – это жидкость, дисперсная фаза – это твердое тело (цельная кровь)

^ ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖИДКОСТИ.

  1. Объем “V” [м ³]

  2. Масса “m” [кг]

  3. Плотность “r “ [кг/м³]

  4. Вязкость - способность жидких сред оказывать сопротивление при перемещении их условных частиц относительно друг друга.

  5. Удельная теплоемкость – величина, численно равная количеству теплоты, необходимой для нагревания одного килограмма массы вещества на один градус Кельвина.



^ 3. ТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ, ЕЕ КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА.


Течением называется перемещение условных частиц или микрообъемов жидкости относительно друг друга и тела отсчета.

Основное условие течения жидкости:

Жидкость течет при наличии сил, вызывающих разность давлений.


Текущая жидкость называется потоком, а линии, вдоль которых перемещается частица – линиями тока.




-линии тока


^ Стационарный поток - это поток, в котором скорость, давления и направления течения не изменяется со временем.

Нестационарный поток – это поток, в котором хотя бы один из параметров изменяется со временем.


^ КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТОКА.


  1. Сечение S – площадка, перпендикулярная к направлению течения жидкости, [м²] .

2.Объемный расход Q = V/t – отношение объема, протекающего через площадь сечения, ко времени ее протекания ,м³с .

3.^ Массовый расход M = m/t – отношение массы жидкости, протекающей через сечение, ко времени ee протекания, [кг/с] .

Поток называется непрерывным, если через любое сечение трубы в единицу времени протекает одинаковый объем жидкости.

S1
Q1=Q2

V1/t=V2/t

l/t=v



Т.к.V = S·l ; S1·l1/t=S2·l2/t ; S1·1 = S2·2




S1/S2=21

Уравнение неразрывности струи:

Скорости потоков обратно пропорциональны сечению потоков.


^ 4. ЛАМИНАРНОЕ И ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ.


Режимы течения жидкости были установлены в 19 веке Рейнольдсом.


  1. Ламинарное (слоистое) – течение, при котором условные слои жидкости текут не перемешиваясь, скользя относительно друг друга.








  1. Турбулентное (вихревое) - течение, при котором скорости условных частиц жидкости в каждой точке непрерывно меняются.







. Микрообъемы жидкости совершают движение по сложным траекториям, что приводит к образованию завихрений. Часть энергии потока расходуется на беспорядочное движение, направление которого отличается от направления потока. Стенки трубки приходят в колебательное движение, которое сопровождается появлениям звука

Течение воздуха в носовой полости в норме – ламинарное, но при воспалении оно может стать турбулентным, что повлечет дополнительную работу дыхательных мышц.


^ ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КЛИНИЧЕСКОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ.


В медицине широко используется метод измерения давления крови, предложенный Коротковым в 1905 году.

Суть: измеряют давление, которое необходимо приложить снаружи, чтобы сжать артерию до прекращения в ней тока крови. При этом выслушивают звуки, возникающие при прохождении крови через сжатую артерию.


a) Пока артерия сжата полностью, никаких звуков не прослушивается, т.е. давление воздуха внутри манжеты равно давлению в мягких тканях, соприкасающихся с манжетой.


б) При снижении давления в манжете начинают прослушиваться тоны, появляется пульc в лучевой артерии. Эти тоны обусловлены вибрацией стенок артерии непосредственно за манжетой под действием толчков порций крови, которые прорываются сквозь сжатый участок сосуда в момент систолы сердца. Показания манометра будут соответствовать систолическому давлению. При дальнейшем снижении давления возникают шумы, обусловленные турбулентным течением крови.

Затем шумы стихают и прослушиваются только тоны.













в) Если дальше снижать давление, тоны ослабевают и полностью прекращаются в тот момент, когда происходит полное восстановление просвета артерий и восстановление ламинарного течения.

Показания манометра соответствуют «min» давлению диaстолическому.

^ Систола (сжатие) – механическое сокращение следующее за расслаблением.

Диастола – период расслабления между ритмическими сокращениями.


  1. ^ ЧИСЛО РЕЙНОЛЬДСА.


Режим течения жидкости ( ламинарный или турбулентный ) можно определить с помощью числа Рейнольдса. Пусть в трубке диаметра d течет жидкость плотностью со скоростью . Число Рейнольдса Re – это безразмерная величина

Re = ··d/ , где

 - плотность жидкости,

 - скорость течения жидкости,

D - диаметр трубы, по которой течет жидкость,

 - коэффициент абсолютной (динамической)

вязкости.

Для каждой жидкости экспериментальным путем найдено критическое значение числа Рейнольдса.

Если вычисленное число Рейнольдса больше критического значения Reкр, то течение турбулентное.

Если вычисленное число Рейнольдса меньше критического значения Reкр, то течение ламинарное.

Если Re = Rекр переходный режим от ламинарного к турбулентному и наоборот.

Для крови Reкр=1000, для воды Reкр=2300.

Если: Re >Rекр - течение крови турбулентное

Re
Re = Rекр- переходный режим от ламинарного к турбулентному.


При ламинарном течении сопротивление нарастает линейно с увеличением скорости.

При турбулентном - сопротивление прямо пропорционально квадрату скорости (²).


^ 6. ВНУТРЕННЕ ТРЕНИЕ ( ВЯЗКОСТЬ) И ФАКТОРЫ ЕЁ ОПРЕДЛЯЮЩИЕ. УРАВНЕНИЕ НЬЮТОНА. ВИДЫ ВЯЗКОСТИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА.


Внутренним трением (вязкостью) – называется свойство сред оказывать сопротивление при перемещении их частиц относительно друг друга под действием внешней силы.

Вязкость обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия.


Опыт: поместим слой жидкости между двумя параллельными твердыми пластинами на расстоянии X . Нижняя пластина закреплена.





F

1

2

3

X 4










Если потянуть за верхнюю пластину силой F, то она приобретает скоростьV1, и с такой же скоростью двигается самый верхний слой жидкости, прилегающий к пластине.


Этот слой влияет на лежащий под ним слой жидкости и заставляет его двигаться со




скоростью V2 (причем V21) и т.д.


Каждый слой ускоряет нижележащий, но замедляет вышележащий. Слой «прилипший» к нижней пластине, неподвижен. Силы, действующие между слоями и направленные по касательной к поверхности слоев, называются

силами внутреннего трения (вязкости).


Учитывая расстояние «∆Х» между двумя пластинами, Ньютон установил, что силы вязкости пропорциональны площади взаимодействующих слоев «S» и будут тем больше, чем больше отношение разности скоростей ∆V к расстоянию между слоями «∆Х».

F~S F~ ∆/ ∆X·S

F~ ∆/ ∆X



F=·x·S
- физическая форма

Т.о. уравнения Ньютона.

“”коэффициент абсолютной (динамической) вязкости

Если поделить на “S”, то:

F/S=·X




F/S=  м²  - напряжение сдвига,


/=   - скорость сдвига.

Т
=·
.о.:

 реологическая форма уравнения Ньютона


^ 7. КОЭФФИЦИЕНТЫ АБСОЛЮТНОЙ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЯЗКОСТИ.

1. “”- абсолютная (динамическая) вязкость.

 = [Пас]


Этот коэффициент зависит от состояния жидкости и от силы межмолекулярного взаимодействия.


При t0 = 360 С  воды =1·10 -³ [Пас]

При t0 = 360 С крови=4·10 -³ [Па·с]

2. « » - относительная вязкость.


жидкводы

- безразмерная величина


^ 8. ЗАКОН ГАГЕНА – ПУАЗЕЙЛЯ

И СЛЕДСТВИЯ ИЗ НЕГО.


В 1839 г. Гаген, а затем в 1841 г. Пуазейль независимо друг от друга установили, что объемный расход ламинарно текущей жидкости (Q=V/t) прямо пропорционален разности давлений на концах трубки тока и радиусу этой трубки в «4-ой» степени и обратно пропорционален длине трубки и коэффициенту динамической вязкости.

Q=(/8)(∆ p· )/ l·
Q ∆p· /l·  - закон Гагена-Пуазейля.


Следствия:

! 10 Т.к Q~ , то при незначительном уменьшении радиуса трубки , будет значительно уменьшаться количество жидкости, прошедшей через сечение.


! 20 Линейная скорость течения жидкости «  » будет прямопропорциональна квадрату радиуса трубки « r² ».




Q
= ∆p·r²/8··l
=/8·∆ p·) /·l V/t=(/8)·(∆ p· /·l)

Q=V/t S·l/t=(/8)( ∆p· /·l)

V=S·l ·r²=(/8)(∆p· /·l)

S=r²


30 Время прохождения равных объемов жидкостей через трубки одинакового сечения тем больше, чем больше вязкость жидкости.


V/t1=(/8)·( ∆p· )/l·1 V/t2=(/8)·( ∆p· )/l·2


η1/t1=(π/8)·( ∆p· /)l·V η2/t2=(π/8)·( ∆p· )/l·V



t1/t2=η1/η2
η1/t1=η2/t2




40 Расстояния, пройденные одинаковыми объемами разных жидкостей по трубкам одного сечения обратно пропорциональны их вязкости.


V/t=(π/8)·( ∆p· )/l1·η1 V/t=(π/8)·( ∆p· )/l2·η2

l1·η1=(π/8)·( ∆p· ·t)/V l2·η2=(π/8)·( ∆p· ·t)/V


l1/l2=η2/η1


l1·η1=l2·η2


^ 9. НЬЮТОНОВСКИЕ И НЕНЬЮТОНОВСКИЕ ЖИДКОСТИ, ИХ ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКА.


Ньютоновскими называются жидкости, которые подчиняются уравнению Ньютона (вода).

Для них «» не зависит от градиента скорости «». Коэффициент вязкости является постоянным и зависит от вида жидкости и от температуры (т.е. увеличением температуры вязкость уменьшается).

Неньютоновскими называются жидкости, которые не подчиняются уравнению Ньютона (кровь, эмульсии). Для них вязкость зависит от режима течения и градиента скорости. Эти жидкости состоят из сложных частиц и крупных молекул. Благодаря сцеплению частиц, в них образуются пространственные структуры. Увеличение вязкости происходит потому, что при течении этих жидкостей работа внешней силы затрачивается параллельно и на разрушение структурных образований жидкостей.

Т.о. неньютоновские жидкости начинают течь не сразу. Минимальное напряжение сдвига, при котором начинается их течение, называется пределом текучести «0».

Свойства ньютоновских и неньютоновских жидкостей оцениваются с помощью реограмм. Это графики зависимости напряжения сдвига «», от градиента скорости «», и коэффициента вязкости «» от градиента скорости «».
^




НЬЮТОНОВСКИЕ ЖИДКОСТИ




 







для воды

0 0

нет предела текучести “” не зависит от “


Неньютоновские жидкости имеют 3 разновидности:

а) Пластические – обладают пределом текучести 0, коэффициент вязкости  не зависит от градиента скорости .





τ η

Пас




α

τ0


0 0

б) Псевдопластические – имеют предел текучести “0”, коэф. вязкости зависит от градиента скорости: он уменьшается до определенного значения, а затем остается постоянным.


η

τ Пас


Па


0









Похожие:

Лекция №7. «Реология» iconЛекция №7. «Реология»
Реология( реос- поток, логос – учение ) – это раздел физики о течении и деформации жидких, твердых и газообразных сред и их механическом...
Лекция №7. «Реология» iconДокументы
1. /Гражданский процесс/лекция 22/IMG_0016.pdf
2. /Гражданский...

Лекция №7. «Реология» iconДокументы
1. /5/Agilent_семинар в БашГУ.pdf
2. /5/Лекция...

Лекция №7. «Реология» iconЛекция по теории питания Любовь Симакова. 16: 00 17: 00 лекция по фитнесу Елена Данилова

Лекция №7. «Реология» iconЛекция 1 юридическая психология
Лекция – 2 личность в юридической психологии понятие личности, познавательные процессы, эмоционально-волевая
Лекция №7. «Реология» iconЛекция 13. 25 Экономическая геология (Сухов) лекция 15. 15 Украинский язык (Уманцева) 6/60
Региональная инженерная г/г и инженерная г/г Украины (Решетов) /Техническая мелиорация (Завальный)
Лекция №7. «Реология» iconЛекция по курсу «бизнес-планирование» гос впо-2000 по специальности
Лекция относится к проблемно-информационному виду. В ней рассматривается порядок и методика написания бизнес-плана
Лекция №7. «Реология» iconЛекция №7 Страница Лекция № Технологическая схема сборки (тсс)
Определение: тсс – вспомогательный технологический документ (не входящий в число обязательной технологической документации), который...
Лекция №7. «Реология» iconЛекция №8 Страница Лекция №10. Нормирование технологического процесса сборки Нормированием
Нормированием – называется установление норм времени на выполнение как тп в целом, так и отдельных операций, переходов и приемов
Лекция №7. «Реология» iconЛекция 7 Лекция 7
Радикалы образуются также при действии ультрафиолетовых лучей и в ходе метаболизма некоторых чужеродных соединений (ксенобиотиков),...
Лекция №7. «Реология» iconЛекция Химическая коррозия (3 ч)
...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы