 |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
Слайд 1-19
|
|
Турбулентное течение возникает при гладком течении, когда ламинарный поток разрушается. В сердечно-сосудистой системе это происходит в области сужений сердечных клапанов или артериальные русла, в местах разветвления сосудов, а также в аорте при резком увеличении кровотока во время физических упражнений. Рейнольдс опубликовал результаты экспериментов в 1883г. Он измерял градиент давления вдоль трубки и увидел, что градиент давления при низких скоростях пропорционален расходу ( что и следует ожидать из закона Пуазейля), а при более высоких пропорционален квадрату расхода. Начало турбулентного течения может быть предсказано, вычисляя число Reynolds (Rе), которое, как мы видели, равно:
Re = rUd/m (1-22)
Повтор: Что такое число Re =инерционные силы ρU 2 /вязкие силы μ(U/d) = Ud/ν
Обратить внимание на m в знаменателе, т.е. чем менее вязкая среда, тем выше Re.
Как мы уже говорили, имеется понятие критического числа Re, при превышении которого ламинарный поток разрушается и начинается турбулентное течение.
Поэтому, когда скорость крови увеличивается в сосудах или через клапаны, нет постепенного увеличения в турбулизации, когда число Рейнольдса увеличивается. Вместо этого, как только ламинарный поток достигает критического числа Рейнольдса, с этой точки и развивается турбулизация потока. При идеальных условиях (т.е. длинные, прямые и гладкие сосуды) критическое число относительно высоко и может достигать 10000. Однако у мест разветвления сосудов или в сосудах с атеросклеротическими отложениями критическое Re намного ниже и турбулизация может возникнуть уже при нормальных физиологических скоростях уже при числах Re=1000 -1200.
Во время периода изгнания крови из сердца в проксимальных отделах аорты и легочного ствола число Рейнольдса намного превышает это критическое значение, и поэтому поток в данных областях сосудистого русла может стать турбулентным. При возрастании скорости кровотока (например, при мышечной работе) или снижении вязкости крови (например, при резко выраженной анемии) течение может стать турбулентным во всех крупных артериях.
Важно обратить внимание, что уменьшение диаметра приводит к непропорциональному увеличению средней скорости, а именно, как мы помним, обратно пропорциональна квадрату радиуса (по Пуазейлю)
Например, если артериальный стеноз уменьшает диаметр сосуда на 50 %, средняя скорость увеличится в 4 раза, значительно приближая Re к критической величине (см.слайд слева). Помимо увеличения Re, увеличение скорости приводит к увеличению кинетической энергии, которая, в свою очередь, может вести к уменьшению в потенциальной энергии (эффект Бернулли), даже к отрицательному давлению, что может привести к коллапсу сосуда и при определенных обстоятельствах к колебаниям (пульсациям) в сосуде. А это в еще большей степени будет способствовать турбулизации потока!!.
Слайд 1-19. Поток крови в местах сужения (стеноз артерии)
Турбулизация отмечается характеристическими шумами в момент выброса крови, которые можно услышать обычным стетоскопом. Даже просто само по себе увеличение сердечного выброса даже через анатомически нормальный клапан может вызвать эти шумы из-за турбулизации потока. Иногда подобный шум можно слышать у беременных женщин при увеличении сердечного выброса вследствие анемии. Для турбулентного течения характерно наличие завихрений, в которых частички жидкости перемещаются не только параллельно оси сосуда, но и перпендикулярно ей. Эти завихрения существенно увеличивают внутреннее трение жидкости, и профиль течения уплощается!! Турбулизация также вызывает увеличение потери энергии и более высокому падению давления по сравнению с пуазейлевским течением. Поэтому, как показано на слайде, если кровоток увеличивается в 2 раза через стенозированный сосуд, падение давления в этом участке может увеличиться в 3-4 раза по сравнению с двукратным увеличением падения давления при ламинарном пуазейлевским потоке. Здесь показано в сравнении падение давления в местах сужения артерий при ламинарном и турбулентном течении.. Как видно, для создания данного потока требуется большее давление. Как следствие этого, нагрузка на сердце при турбулентном кровотоке значительно увеличивается!!.
Таким образом, турбулизация изменяет отношения между потоком и давлением так, что оно становится нелинейным, а не пропорциональным как в случае ламинарного потока.
Если визуализировать турбулентный поток с помощью введения в него струйки красителя, можно наблюдать, что на входе в трубку профиль скорости будет плоский, а все элементы жидкости движутся с одинаковой скоростью. На небольшом расстоянии от входа под действием вязких сил происходит некоторое изменение профиля, но турбулентность еще осутствует. Затем ниже по течению непрерывность потока внезапно нарушается, и поток становится турбулентным. Причем первыми разрушаются струйки, проходящие по краю пограничного слоя, а через небольшое расстояние разрушаются струйки внутри пограничного слоя и в ядре потока.
При этом ядро потока имеет гораздо более плоский профиль по сравнению с ламинарным потоком. Максимальная скорость, наблюдаемая у оси примерно в 1.2 раза выше средней по течению скорости.(При параболическом ламинарном профиле скоростей это составляет 1,6)
Длина начального участка для турбулентного потока меньше, чем для ламинарного и ее можно оценить из следующего соотношения:
X = 0,693 dRe 1/4. (1-23)
Экспериментально определяемыми признаками наличия турбулентности в потоке жидкости или газа являются высокочастотные флуктуации направления и модуля вектора скорости потока в какой-либо выбранной точке. Обычно для того чтобы измерить эти флюктуации, не нарушая структуру потока необходимо пользоваться датчиком, имеющим малый измерительный объем и достаточное частотное разрешение. В качестве такого датчика используется проволочный или пленочный термоанемометр.
И еще несколько замечаний по поводу турбулентности.
· Турбулентность не развивается, пока Re не достигнет значения много большего, чем обычное критическое значение, в аорте ~2300.
· Турбулентность сохраняется при уменьшении скорости потока, даже когда Re становится ниже критического!!. Отчасти это определяется конечным временем, необходимым для затухания вихрей.
· И последнее – возникновение турбулентности в пульсирующем потоке определяется не только пиковым значением Re.Для того, чтобы возмущение потока при сверхкритических Re превратилось в турбулентность, необходимо некоторое конечное время. А при высокой частоте сокращений сердца длительность одного пульсового цикла может оказаться недостаточной для перехода к турбулентному течению даже при критических Re. Поэтому, чтобы обобщить вышесказанное о факторе времени, играющего огромное значение для пульсирующего потока, рассмотрим некоторые положения, связанные с отличием стационарного потока, имеющего место только в области мелких вен, от нестационарного, практически имеющего место во всех артериях и крупных венах.
Нестационарное течение в очень длинной трубке.
До сих пор, рассматривая ламинарное течение, мы полагали, что на входе гипотетической трубки действует постоянное давление.
На практике в сердечно-сосудистой системе поток, выходящий из сердца пульсирующий и течение, возникающее при этом, можно назвать нестационарным.
Дата публикования: 2014-11-29; Прочитано: 272 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!
