Формула Пуазейля.
Ламинарное течение – это упорядоченное течение жидкости (или газа) при котором жидкость перемещается как бы слоями, параллельными направлению перемещения. Наибольшей скоростью обладают частицы, движущиеся вдоль оси трубы, примыкающий к трубе слой жидкости неподвижен. Представим примерное распределение скорости слоев жидкости в сечении трубы.
При ламинарном течении справедлив закон Пуазейля:
где, – объемная скорость (объем жидкости, протекающий через горизонтальную трубу радиуса за 1 секунду), единица измерения – м3/с.
– вязкость жидкости.
( ) – разность давлений, поддерживаемая на торцах трубы длиной .
или:
где, - это градиент давления.
Из закона Пуазейля видно, что при заданных внешних условиях ( и ) через трубу протекает тем большей объем жидкости, чем меньше её вязкость и больше радиус трубы.
Формулу (3) можно представить в виде:
- закон Пуазейля
где, - это гидравлическое сопротивление.
Общее гидравлическое сопротивление трёх труб соединённых:
а) последовательно
б) параллельно
Турбулентное течение жидкости.
Число Рейнольдса.
Турбулентное течение – это форма течения жидкости (или газа), при которой их элементы совершают движения по сложным траекториям, что приводит к перемешиванию слоев жидкости.
Характер течения жидкости по трубе зависит от свойств жидкости, скорости течения, размеров трубы и определяется числом Рейнольдса.
где, – радиус трубы.
– плотность жидкости
- средняя (по сечению трубы) скорость течения.
Если число Re больше некоторого критического (), то движение жидкости турбулентное (Например: при течении воды в гладкой цилиндрической трубе ).
Течение крови в артериях в норме является ламинарным, небольшая турбулентность наблюдается вблизи клапанов сердца.
Для крови , но уже при возникают локальные завихрения в разветвлениях артерий и в области их крутых изгибов. Ламинарное течение крови создаёт меньшую нагрузку на сердце, при нём работа сердца ( ) прямопропорциональна объемной скорости кровотока т.е. , при турбулентном течении .
В физиологических условиях кровоток в магистральных сосудах имеет преимущественно ламинарный характер. При тяжелой физической нагрузке он может стать турбулентным из-за повышения скорости. Переход к турбулентному течению крови в сосудистом русле сопровождает ряд заболеваний, отягощая их. (Например: при анемии возрастает за счет понижения кинематической вязкости крови, вследствие уменьшения количества эритроцитов и нарушения их свойств).
Следует отметить, что ламинарное течение – это процесс тихий, а турбулентное – шумный. Шум, возникающий при турбулентном течении крови, может быть использован для диагностики заболеваний.