喀蔚波醫(yī)用物理學(xué)課件02章流體的運(yùn)動(dòng)-資料下載頁
2025-07-18 14:19本頁面
【正文】 粒 ,霧中的小雨滴 ,黏性液體中的細(xì)胞 、 大分子 、 膠粒等 )在粘性流體中下沉?xí)r ,終極速度與小球的大小 、 密度差 、重力加速度成正比 .對于非常微小的顆粒 (細(xì)胞 、大分子 、 膠粒 ) ,可利用高速或超速離心機(jī)來增加有效 g 值 ,加快其沉降速度 . 離心分離 22 )(92 rxT ???? ???v2?x用 代替 g 對于混合懸浮液體 ,根據(jù)斯托克斯公式 ,可采用增加懸浮介質(zhì)粘度 、 密度和減小懸浮顆粒尺寸的方法 ,來降低液體流速 ,提高其流動(dòng)的穩(wěn)定性 . ? 渦旋尾流 當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度增大 ,因黏性的作用 ,在物體的后部 ,附面層的流體質(zhì)元減速并從物體表面脫落 (流動(dòng)分離 ). 流動(dòng)分離旋渦脫落 物體前方的流體不能及時(shí)填充物體后的空間 ,導(dǎo)致已流到后方的外層流體回旋過來補(bǔ)充 ,使物體的后部出現(xiàn) 渦旋尾流 區(qū) . 流動(dòng)分離現(xiàn)象 圓球尾流中的卡門渦街 ? 壓差阻力 由于物體前部流體的相對流速幾乎為零 ,壓強(qiáng)大 ,渦旋區(qū)通常是低壓區(qū) ,因此 ,伴隨著渦流的產(chǎn)生 ,物體前后之間產(chǎn)生壓強(qiáng)差 ,出現(xiàn)阻礙物體運(yùn)動(dòng)的壓差阻力 . 壓差阻力也是因流體的黏性產(chǎn)生的 ,但與黏性摩擦阻力有不同機(jī)制 ,它們同時(shí)存在 .對于高速運(yùn)動(dòng) ,渦旋一旦產(chǎn)生 ,壓差阻力將取代黏性摩擦阻力成為阻礙物體運(yùn)動(dòng)的主要因素 . 壓差阻力主要取決于流體流到物體后半段時(shí) ,能否緊貼物體表面流動(dòng) .流體脫離物體表面越早 ,渦旋尾流區(qū)越大 ,壓差阻力就越大 . 不同流動(dòng)狀態(tài)下流動(dòng)分離的位置不同 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) ,物體后段的截面積緩慢減小 ,附面層流體微元可以較長時(shí)間地附著在物體表面 ,壓差阻力也就越小 . ?有同樣阻力的不同物體 所以高速運(yùn)動(dòng)的物體 ,如航空器 、 車船等都被設(shè)計(jì)成能減少渦旋產(chǎn)生的收縮尾部 ——流線型 . 動(dòng)物與流線型 粗糙球與光滑球的阻力差異 小球在運(yùn)動(dòng)時(shí) ,流體在小球的背面都將產(chǎn)生分離 ,這個(gè)分離是壓差阻力產(chǎn)生的主要原因 .低速時(shí) ,兩球都處于層流 ,兩者的分離點(diǎn)大致相同 ,因而有大致相同的壓差阻力 , 但粗糙表面增加了摩擦力阻力 ,所以粗糙球的總阻力比光滑球的要大 . 不同表面的球在不同風(fēng)速下所受阻力 當(dāng)流速達(dá)到一定值 (A點(diǎn) )時(shí) ,由于粗糙球的表面粗糙 ,流動(dòng)不穩(wěn)定 ,較早進(jìn)入湍流狀態(tài) .在湍流狀態(tài) ,物體表面附近能量交換顯著 ,分離點(diǎn)將向后移動(dòng) ,產(chǎn)生的 尾跡較小 ,粗糙球的壓差阻力明顯降低 ,對小球形狀的物體 ,壓差阻力比摩擦阻力大的多 ,所以總阻力會(huì)下降許多 . 不同表面的球在不同風(fēng)速下所受阻力 當(dāng)流速進(jìn)一步提高 ,達(dá)到 B點(diǎn)時(shí) ,光滑小球的附層面氣體也進(jìn)入湍流狀態(tài) ,此時(shí)兩球的分離點(diǎn)大致相同 ,壓差阻力相近 ,但由于粗糙球的表面粗糙 ,摩擦阻力大于光滑球的 ,所以粗糙球總阻力又比光滑球的大 . 不同表面的球在不同風(fēng)速下所受阻力 本章結(jié)束 謝謝！ 作者：童家明 1. 高爾夫球表面光滑還是粗糙？ 高爾夫球運(yùn)動(dòng)起源于 15世紀(jì)的蘇格蘭 ,當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為表面光滑的球飛行阻力小 ,因此用皮革制球 . 后來發(fā)現(xiàn)表面有很多劃痕的舊球反而飛得更遠(yuǎn) ,這個(gè)謎直到 20世紀(jì)建立流體力學(xué)邊界層理論才得以解開 . 現(xiàn)代高爾夫球 早期高爾夫球 2. 汽車的阻力來自前部還是后部？ 汽車發(fā)明于 19世紀(jì)末 ,當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為汽車的阻力主要來自前部對空氣的撞擊 ,故制造的是箱型車 . 后來認(rèn)識(shí)到汽車阻力主要來自后部形成的尾流 ,便 運(yùn)用流體力學(xué)原理逐步地改進(jìn)汽車尾部形狀 . 早期的箱型車 現(xiàn)代的流線型車 物理量的場 一般而言 ,當(dāng)某時(shí)刻一個(gè)物理量在空間中每一點(diǎn)都有確定值 ,即物理量在空間有確定分布時(shí) ,則該物理量在此空間形成一個(gè)場 .例如重力場 、 電磁場和本章要討論的流場 . 如果物理量是標(biāo)量 ,這個(gè)場就是一個(gè)標(biāo)量場 。若是矢量 ,則是一個(gè)矢量場 . 在標(biāo)量場中 ,常用等值面 (如等溫面 、 等勢面 )形象地表示物理量的空間分布狀態(tài) .在矢量場中 ,則常用矢量線描述場中物理量的分布 (如用電力線表示電場 ),不僅可以用矢量線上每一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)矢量的方向 ,還可以用矢量線的稀密表示矢量的數(shù)值 . 地鐵安全線 水流抽氣機(jī)原理 伯努利管 香蕉球原理 只平動(dòng) (向下 ) 只旋轉(zhuǎn) 平動(dòng)加旋轉(zhuǎn) 流體 溫度 (?C) 黏度 (105Pa?s) 流體 溫度 (?C) 黏度 (105Pa?s) 空氣 0 水 0 20 37 100 100 氫氣 20 甘油 20 251 二氧化碳 20 血液 37 ~ 100 血漿 37 ~ 250 血清 37 ~ 幾種流體的黏度 袖帶法測量血壓原理 雷諾實(shí)驗(yàn)演示 湍流 層流 過渡流 飛機(jī)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn) 汽車的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn) 運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn) 低速封閉風(fēng)洞
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