Виды потока жидкости

Ламинарное движение — упорядоченное движение жидкости, устано­вившееся, апериодическое или с дискретными спектрами его параметров. Основная характеристика этого вида течения отсутствие перемешивания ме­жду соседними слоями жидкости.

Турбулентное движение — хаотическое движение жидкости с самопроиз­вольным образованием вихрей и непрерывными спектрами его параметров. Это течение сопровождается хаотическим перемешиванием между слоями (турбулентное перемешивание).

Характеристикой типа потока является число Рейнольдса (Reihnolds num­ber): отношение произведения величины линейной скорости v потока и ли­нейного размера L сосуда к кинематической вязкости v:

Примечание: Кинематическая вязкость (Kinematic viscosity), обозначаемая как v, равна отношению динамической вязкости (см. ниже) к плотности жид­кости (крови). Единицы измерения — м2/с. Для расчета v следует использо­вать значение динамической вязкости, измеренное при скорости сдвига γ=5 c-1; v=η/p.

При достижении критического числа Рейнольдса (Reкрит=2000) течение в трубке постоянного сечения становится неустойчивым. При наличии такой неустойчивости, ламинарное течение переходит в турбулентное. В расши­ряющихся трубках при высоких числах Рейнольдса может возникнуть отрыв потока. Ниже по потоку, где сечение постоянно, развитое течение восстанав­ливается, но при этом образуются застойные зоны с замкнутыми траектория­ми потока и вторичные течения.

В кровеносном русле турбулентность возможна и в начале аорты, и мес­тах ветвления крупных сосудов и при стенозировании сосудов.

С точки зрения реологии кровь — неньютоновская вязко-упругая тиксотропная жидкость, относящаяся к концентрированным суспензиям обратимо агрегирующих частиц. Течение крови не подчиняется закону вязкого трения Ньютона:

τ = η · γ

поскольку коэффициент вязкости τ крови не является константой, а зависит от скорости сдвига (γ) и времени (η = η (γ,t)

Реологические свойства крови характеризуются следующими понятиями и показателями:

 

Некоторые реологические характеристики сосудистого русла

Сосуд   Диа­метр, см   Длина, см Средняя скорость течения крови U, м/с   Средняя скорость сдвига γ, с-1   Среднее число Рейнольдса, Re  
Аорта   1,6-3,2     60-30     1200-5800  
Большие артерии   0.6-0.1   40-20       1000-100  
Малые артерии, ар териолы 0,1-0,02   5-0,2 10-0,2 > 100   10-0,01  
Венулы, малые вены   0,02-0,2   0,2-1   0,1-1   0,01-1  
Большие вены 0,5-1,0 10-30 10-20 100-600
Полые вены   2,0     10-20     600-1000  

 

Условия потока— условия, при которых существует течение жидкости: определяются геометрией сосуда и прилагаемые усилиями. Движущие уси­лия, необходимые для течения крови, создаются за счет сердечной деятель­ности.

Факторами, определяющими условия потока крови, являются:

1. диаметр сосуда и его изменение;

2. сосудистые бифуркации и слияния;

3. прилагаемое (движущее) давление крови: например, разница давлений на артериальном и венозном концах кровеносного сосуда;

4. взаимодействие клеток крови, которое зависит от гематокрита, скорости потока, близости к сосудистой стенке, физических свойств соседних клеток.

Потоковые свойства—свойства частиц при определенных условиях пото­ка: деформируемость клеток крови в текущей крови, их способность адапти­роваться к действующим в потоке силам, их взаимодействие друг с другом с высокомолекулярными белками и всеми осмотически активными частицами.

Таким образом, потоковые свойства при его конкретных условиях зависят от свойств самих частиц и превалирующих условий потока. Например, способ­ность крови течь определяется потоковыми свойствами эритроцитов и усло­виями потока.

За счет сил внутреннего трения различные слои крови движутся вдоль со­суда с различной линейной скоростью: центральные слои движутся быстрее, периферические — медленнее. Вследствие этого формируется куполообраз­ный профиль потока, не одинаковый в систоле и диастоле и свидетельст­вующий о наличии пуазейлевского течения— течения вязкой жидкости в прямой трубе постоянного сечения. Высокие скорости сдвига порядка сотен обратных секунд характерны для аорты и ее ветвей. Самые низкие значения скорости сдвига будут в венозной системе, особенно в посткапиллярном русле, где кровоток может останавливаться. В зоне микроциркуляции ско­рость сдвига однозначно не определена, поскольку размеры эритроцитов здесь соизмеримы с диаметром сосудов.

Текучесть — свойство, обратное вязкости: «легкость», с которой течет жидкость.

Безъядерные эритроциты также способны к течению. Текучесть эритроци­тов зависит от их способности адаптироваться к условиям потока в разных регионах сосудистого русла (деформироваться). В практике текучесть явля­ется синонимом «способности течь», носит, в основном качественный харак­тер, количественно измеряется в обратных единицах вязкости (Па*с) .

Кровь обладает пределом текучести То, не превышающим 0,022 Н/м .