医学课件流体力学

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1、流體力學在日常生活中應用的範圍流體力學在日常生活中的應用可說是無所不在，舉凡如昆蟲的翅膀、飛機的航行、船艦、潛艇、汽車風阻、氣球、太陽、健身器材、風箏、血液在人體內的流動…….等，都是流體力學研究與應用的範疇。由於流體力學的研究與應用範圍是如此的廣泛，在科學的研究上我們大致可以將流體力學分為三大主要的領域來探討：流體靜力學(Statics)流體運動學(Kinematics)流體動力學(Dynamics)而倘若再做更細部的分類，就有了許多的學科，如：氣象學(Meteorology)水利學(Hydraulics)天體物理學(Astrophysics)運輸學(Transportation)物

2、理海洋學(Physicaloceanography)舉實例來說，如：龍捲風、颱風等。流體力學(Fluiddynamics)Fluid:Afluidisasubstancethatisdeformedcontinuouslyundertheapplicationofashearing(tangential)stressnomatterhowsmallthatshearstressis.流體：受任何切應力作用即發生連續性形變。Solid:Asolidisasubstancethatisdeformedwhenashearstressisappliedbutitdiscontinuestod

3、eform.固體：受切應力發生形變時並非是連續性的。基本定律一般在研究流體力學時，有三大最為基本的定律是一切流體力學的根本，並可由這三個基本定律分別推導出用以描述流體的數學方程質量保守(Conservationofmass→Continuityeq.)(2)能量保守(即熱力學第一定律)(Conservationofenergy→Thermodynamiceq.)(3)動量保守(Conservationofmomentum→Momentumeq.)我們可以由數學推導的過程中，得之影響流體的主要變數為:運動場—速度V;質量場—壓力P、密度ρ、溫度T；流體的因次(dimension)與單位(

4、unit)在研究流體力學時，所有的物理量我們都可以將其以四種最基礎的因次表示：質量M；長度L；時間T；溫度θ。但在學術上有時為求方便會將力F作為第五個基礎因次。由於F=M˙a=M˙LT-2所以在作因次分析時便有了MLT制與FLT制兩種：ν=μ/ρThephysicalpropertiesoffluid流體具有可壓縮性(compressibility)、黏滯性(Viscosity)、連續性(continuity)。若液體的密度會因流動的壓力、溫度變化而產生極大的改變，則這種流體運動就必須考慮到其流體壓縮性fluidcompressibility)的影響。Ps.不可壓縮無黏滯的流體稱之為理

5、想流體。可壓縮的流體乃應用於高馬赫數如航空工業等。黏滯力（viscosity）在我們學習流體的摩擦和流體的擾動的領域中，流體的黏滯性是一項重要的數量；它產生於兩個相對運動的流體分子之間。流體的黏滯性是度量上下兩層流體間相對滑動所造成的摩擦力大小。固體：當一剪應力（shearstress）施於固體時，固體之變形角度正比於施力，而變形不隨時間而變化。流體（液體或氣體）：任一大小之剪應力施於流體時，流體之變形角度將隨時間而增加(fluiddeformscontinuous血液循環在人體中佔有重要的角色，可以把新陳代謝所需的氧氣和營養物質輸送之組織，並把代謝產生的廢物從組織中回收，具有交換和運

6、輸的作用，經由血液不停循環流動，才使組織、細胞維持正常功能，使人體內環境保持相對穩定。血液在血管內的流動符合流體力學，藉由流體力學的分析顯示出血液獨特的液體特性，再由此切入探討諸多相關疾病，並研究根本的治療預防方式，改善目前廣為流行的血液相關病變血液與流體力學流體力學基本物理公式介紹血液中相關的力量垂直管壁的壓力pressure管壁細胞抵抗撕裂的張力tensilestress平行管壁的剪應力shearstress這一次我們討論作用在血管內皮細胞上的力主要是剪應力剪應力SHEARSTRESS:如果一個切線力P作用在如上圖的平面頂端，它會使得此平面以一個相對於下方平面的速度u移動。和上方平

7、面相連接的流體將會以和平面一樣的速度移動同樣的緊鄰下方的流體也相同於下方平面的速度，此時它和下方平面一樣，是靜止的。所以一個速度梯度即產生了，就如上圖所示。我們將此切線力和它作用的平面的比值定義為剪應力，shearstress。而速度梯度即為u/h，h指的是上下平面的距離；速度梯度也就是剪應率（rateofshear）。一般說來，剪應率是被定義為du/dy，y如上圖所示，指的是和作用力P方向的垂直距離。我們將剪應力及剪應率得這個關係式對各個流體