1、.流體力學的應用力學是無所不在的，生活中并不是缺少流體力學的應用，而是缺少發(fā)現(xiàn)的眼睛。其實大部分工程方面的東西都是與力學相關，這就是為什么理工科不論科班與否都要學理論力學。只要是涉及到流體的介質(zhì)的都會用到流體力學.多人都有過靜脈輸液（俗稱“打點滴”）的經(jīng)歷，這里涉及到的許多流體力學原理，很多人未必注意到。圖1 靜脈輸液器示意圖靜脈輸液器的示意圖如圖1所示，其中包括輸液瓶、針頭、上輸液管、夾子、茂菲氏滴管、小管、管口和乳膠帽、管口、下輸液管、調(diào)節(jié)閥、針頭、針頭、軟管等。這里，盛有藥液的玻璃瓶(輸液瓶)是倒掛的，下面是藥液，上面是氣體，液面用s1表示，液面的高度記為hs1。針頭通過瓶塞插入藥液中，

2、并將藥液引入上輸液管。夾子可以阻斷上輸液管內(nèi)的液體流動(通常夾子可以省去，這里是為了解釋需要而加入的)。透明的茂菲氏滴管的上端有兩個管口。一個管口處嵌入一個小管，其上端與上輸液管相連，下端張著一個不斷變形的液面，該液面上的表面張力總是力圖阻止上面的液柱向下流，但是液柱的壓力總是比表面張力大，使得該液面越來越向下突出。當液面完全支撐不住時，就有一滴藥液落下，然后該液面又重新回到管口附近，我們用h精品.6表示上下變化的液面的平均高度。另一個管口套著一個乳膠帽，可以阻止茂菲氏滴管內(nèi)外的空氣流通(必要時，護士可以用針管從該管口注入一些輔助藥液)。茂菲氏滴管的下部保留一部分藥液，上面存留有一部分空氣，s

3、5是氣、液之間的界面(液面)，液面的高度記為hs5。茂菲氏滴管下面的管口與下輸液管連接。調(diào)節(jié)閥可以調(diào)節(jié)輸液速度。針頭插入患者的靜脈中，我們用h0表示針頭處的高度。人們常以h0為基準計算其它各處的高度(h0=0)。在插入輸液瓶的另一個針頭下面，連接著一個泄氣軟管，該管的出口向上與周圍大氣相連，藥液會通過針頭流入軟管。但是由于大氣壓力的存在，流入軟管的藥液液面s13會在軟管的某處自動停住，以維持軟管內(nèi)液柱的力平衡。u形軟管底部的高度記為h13，液面s13的高度記為hs13，hs13可表示為hs13 =h13+h13h13+h13。這里，h13表示液面s13與軟管底部的高度差，這種高差呈緩慢的周期變

4、化，而且變化幅度不大，其平均值記為h13。這樣的構成主要是為了保證輸液器具有以下功能：(1) 保證輸液過程中輸液速率(mm/s)的平穩(wěn)，(2) 避免氣泡隨著藥液進入人體的靜脈，(3) 根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)輸液速率。對于這樣的輸液系統(tǒng)，出于好奇，我在輸液時給自己提出了這樣幾個問題：1) 從開始到結束，在整個輸液過程中輸液速率有無明顯變化？2) 在輸液過程中，由于某種原因，病人需要移動位置，或改變姿態(tài)(臥、坐、立的變換)，為了保持流率不變或基本不變，需要注意的關鍵是什么？在保持hs1(或者說h13)不變的前提下，相對高度hs5和h6等發(fā)生變化是否會明顯改變流率？3) 輸液中某時刻，護士通過管口加入了某

5、些藥液；一段時間后流率重新趨于穩(wěn)定，這時的流率與護士操作前相比有什么變化？4) 茂菲氏滴管上部的氣室體積v5有一定量的增加(例如，護士通過管口放走了一些氣，或者從輸液瓶下來的藥液中含有一些氣泡，這些氣泡會先穿過液面s5進入液體層，但很快會在表面s5處破碎進入氣室)，重新穩(wěn)定后流率是否會變化？5) 有哪些辦法可明顯改變流率？下面我們就來分析這些問題。設pa是周圍的大氣壓強，pp是針頭處病人的靜脈血壓，p1和v1是輸液瓶上部的氣壓和體積，p5和v5是茂菲氏滴管上部的氣壓和體積。此外，再設(r1+r4)是從液面s1到小管下端，藥液在這一段變截面管路中的等效流動阻力， (r5+r10)是從液面s5到針

6、頭，這一段變截面管路中的等效流動阻力，其中r4是夾子處的局部阻力，r10是調(diào)節(jié)閥處的局部阻力。在茂菲氏滴管內(nèi)的液滴一滴一滴地向下滴的過程中，整個系統(tǒng)各點的壓強都有微小的脈動，下面的分析將忽略這些脈動。根據(jù)力平衡原理，上、下兩部分的流動分別滿足：p1+g(hs1h6)p5=(r1+r4)*u (1)p5+g(hs5h0)pp=(r5+r10)*d (2)其中u和d分別是上部管路和下部管路的流率。當輸液器內(nèi)的流動達到穩(wěn)定時u=d=，在這種情況下，將以上兩式相加則得到p1+g(hs1h0)(h6hs5)pp=(r1+ r5+r4+r10)* (3)p1近似等于大氣壓強pa，更精確的關系可根據(jù)u形管中

7、的力平衡關系得到：p1+ghs1pa+g (h13+h13) (4)將式(4)代入式(3)則得到(papp)+g(h13+h13h0)g(h6hs5) =(r1+ r5+r4+r10)* (5)通常都有(h精品.6hs5) (h13h0)和h13(h13h0)，所以上式可近似地簡化為(papp)+g(h13h0)(r1+ r5+r4+r10)* (5)現(xiàn)在我們可以利用方程(5)來討論前面提到的幾個問題(在下面討論中，pa，pp和g總是不變的，高度基準h0=0)。1) 如果沒有針頭和u形軟管，則輸液瓶內(nèi)的氣壓p1將隨著體積v1的增大而迅速降低，由式(3)可見，這時輸液速率也將迅速下降，針頭和u形

8、軟管正是為了克服這種現(xiàn)象而引入的。有了針頭和u形軟管，空氣會通過它們不斷地補充進去，氣壓p1基本保持不變。有人可能會就此認為，輸液速率會因hs1的下降而略有下降(根據(jù)式(3)，其實，輸液速率的變化比我們想象的還要小。由于pa+g (h13+h13)基本上不變，由式(4)可見，氣壓p1會隨著hs1的下降而略有上升，使p1+ghs1基本上不變，因此，輸液速率幾乎不變(也可參見公式(5)。2) 茂菲氏滴管整體的上下移動(h6和hs5隨之改變)對穩(wěn)定的輸液速率沒有影響。從公式(5)可以看出，只要小管的下端與液面s5的相對高度(h6hs5)保持不變，輸液速率就不變。3) 在輸液過程中，如果護士通過管口加

9、入了某些藥液，這時茂菲氏滴管內(nèi)的氣壓p5會因之而上升，這又會引起上部的輸液速率u減小(參見公式(1)，下部的輸液速率d增加(參見公式(2)，結果使氣壓p5逐漸地重新回到原來的值，u和d也逐漸地回到原來的值。上述的調(diào)整過程很短暫。4) 茂菲氏滴管中上部的氣室體積因某種原因略有增加，當重新達到穩(wěn)定時，會使相對高度(h6hs5)有少許增加，但對最終的輸液速率基本上沒有影響(參見公式(5)5) 改變夾子和調(diào)節(jié)閥處的局部流阻r4和r10能方便和有效地改變流率。增加流阻r4和增加流阻r10都能達到減小流率的目的，所以夾子常可省略。較大幅度地升降輸液瓶的高度，也能明顯地改變流率。簡單說來是這樣的：1) 從開

10、始到結束，在整個輸液過程中輸液速率不會有明顯變化；2) 若hs1 (或者說h13)不變，只是高度hs5和h6等有些變化，這不會明顯改變流率；3) 從管口加入了某些藥液，穩(wěn)定后，流率會回到原來值；4) 茂菲氏滴管上部氣室中空氣量的增減，流率不會有明顯改變；5) 改變夾子和調(diào)節(jié)閥處的局部流阻r4和r10能方便和有效地改變流率，較大幅度地升降輸液瓶的高度，也能明顯地改變流率。近來醫(yī)院里常用袋裝的藥液代替瓶裝的藥液。由于軟包裝的塑料袋不能承受內(nèi)外壓強差，也就是說，袋內(nèi)氣室部分的壓強幾乎總是等于周圍的大氣壓強，即p1pa，所以沒有必要再用針頭和軟管。這時，隨著液面s1的下降，輸液速率略有減小(參見公式(

11、3)。 此外，現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品過程中，流體力學是被最為廣泛應用的一門學科。 廣為使用的噴霧干燥法制備顆粒狀粉體技術的設備就是噴霧干燥器。按此器的工作原理和設備形成或作出的力學模型可看作是一根變徑的圓形管道，熱空氣從頂部經(jīng)分風器注入塔體，霧化泥漿從塔身注入，泥粉從塔底卸出，水蒸汽、粉塵經(jīng)旋風除塵器排出，可謂二進二出。此過程一直保持著物料平衡、熱平衡。物流的原動力全靠排風機的作用，管道直徑的變化造成不同位置流速的變化，為完成工藝過程提供條件。排風機一停，則設備運行全部停止。噴霧干燥技術實際上就是流體力學的應用技術。精品.所有的干燥器，包括烘房式、吊籃式、輥道式，都有熱氣流的流動、干燥問題

12、，因而其工作原理及效果其實也是流體力學的應用問題。漂浮于生產(chǎn)車間內(nèi)的粉塵收集以及有害氣體的排放等技術都要靠流體力學的應用技術來完成。應用流體力學原理制造的裝備可稱為流體設備或流體機械，包括風機、泵、管路等等。當前，針對陶瓷工業(yè)的流體力學應用技術與設備的研究開發(fā)是不夠的、很不充分的，有志者，可在此多下功夫。 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品過程中，流體力學是被最為廣泛應用的一門學科。 廣為使用的噴霧干燥法制備顆粒狀粉體技術的設備就是噴霧干燥器。按此器的工作原理和設備形成或作出的力學模型可看作是一根變徑的圓形管道，熱空氣從頂部經(jīng)分風器注入塔體，霧化泥漿從塔身注入，泥粉從塔底卸出，水蒸汽、粉塵經(jīng)旋風除塵器

13、排出，可謂二進二出。此過程一直保持著物料平衡、熱平衡。物流的原動力全靠排風機的作用，管道直徑的變化造成不同位置流速的變化，為完成工藝過程提供條件。排風機一停，則設備運行全部停止。噴霧干燥技術實際上就是流體力學的應用技術。一座輥道窯，實際上是一座應用流體力學原理工作的設備，輥道是磚坯運行的載體，通過技術手段控制好溫度、壓力、氣氛，完成坯體煅燒工藝，其力學模型可看作是一根扁平的變截面的矩形長管。窯爐氣流的原動力全靠風機的作用。所有的干燥器，包括烘房式、吊籃式、輥道式，都有熱氣流的流動、干燥問題，因而其工作原理及效果其實也是流體力學的應用問題。漂浮于生產(chǎn)車間內(nèi)的粉塵收集以及有害氣體的排放等技術都要靠

14、流體力學的應用技術來完成。應用流體力學原理制造的裝備可稱為流體設備或流體機械，包括風機、泵、管路等等。當前，針對陶瓷工業(yè)的流體力學應用技術與設備的研究開發(fā)是不夠的、很不充分的，有志者，可在此多下功夫。 中國陶瓷網(wǎng)綜合訊現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品過程中，流體力學是被最為廣泛應用的一門學科。廣為使用的噴霧干燥法制備顆粒狀粉體技術的設備就是噴霧干燥器。按此器的工作原理和設備形成或作出的力學模型可看作是一根變徑的圓形管道，熱空氣從頂部經(jīng)分風器注入塔體，霧化泥漿從塔身注入，泥粉從塔底卸出，水蒸汽、粉塵經(jīng)旋風除塵器排出，可謂二進二出。此過程一直保持著物料平衡、熱平衡。物流的原動力全靠排風機的作用，管道直徑

15、的變化造成不同位置流速的變化，為完成工藝過程提供條件。排風機一停，則設備運行全部停止。噴霧干燥技術實際上就是流體力學的應用技術。一座輥道窯，實際上是一座應用流體力學原理工作的設備，輥道是磚坯運行的載體，通過技術手段控制好溫度、壓力、氣氛，完成坯體煅燒工藝，其力學模型可看作是一根扁平的變截面的矩形長管。窯爐氣流的原動力全靠風機的作用。所有的干燥器，包括烘房式、吊籃式、輥道式，都有熱氣流的流動、干燥問題，因而其工作原理及效果其實也是流體力學的應用問題。漂浮于生產(chǎn)車間內(nèi)的粉塵收集以及有害氣體的排放等技術都要靠流體力學的應用技術來完成。應用流體力學原理制造的裝備可稱為流體設備或流體機械，包括風機、泵、管路等等。當前，針對陶瓷工業(yè)的流體力學應用技術與設備的研究開發(fā)是不夠的、很不充分的，有志者，可在此多下功夫。 中國陶瓷網(wǎng)綜合訊現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品過程中，流體力學是被最為廣泛應用的一門學科。廣為使用的噴霧干燥法制備顆粒狀粉體技術的設備就是噴霧干燥器。按此器的工作原理和設備形成或作出的力學模型可看作是一根變徑的圓形管道，熱空氣從頂部經(jīng)分風器注入塔體，霧化泥漿從塔身注入，泥粉從塔底卸出，水蒸汽、粉塵經(jīng)旋風除塵器排出，可謂二進二出。此過程一直保持著物料平衡、熱平衡。物流的原動力全靠排風機的作用，管道直徑的變化造成不同位置流速的變化，為完成工藝過程提供條件。排風機一停，則設備運