Folyadékáramlás. Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006



Hasonló dokumentumok
Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Mechanika IV.: Hidrosztatika és hidrodinamika. Vizsgatétel. Folyadékok fizikája. Folyadékok alaptulajdonságai

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Kollár Veronika A biofizika fizikai alapjai

Folyadékok és gázok áramlása

Transzportfolyamatok. összefoglalás, általánosítás Onsager egyenlet I V J V. (m/s) áramvonal. turbulens áramlás = kaotikusan gomolygó áramlás

Folyadékok és gázok mechanikája

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

Szent István Egyetem FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

Folyadékok és gázok áramlása

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Szent István Egyetem FIZI IKA Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

Vérkeringés. A szív munkája

3. Gyakorlat Áramlástani feladatok és megoldásuk

Folyadékok és gázok mechanikája

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

Dinamika. p = mυ = F t vagy. = t

Szilárd testek rugalmas alakváltozásai Nyú y j ú tás y j Hooke törvény, Hooke törvén E E o Y un un modulus a f eszültség ffeszültség

Folyadékáramlás vérkeringés

MMK Auditori vizsga felkészítő előadás Hő és Áramlástan 1.

Folyadékáramlás. Folyadékok alaptulajdonságai

Vérkeringés. A szív munkája

Áramlástan feladatgyűjtemény. 3. gyakorlat Hidrosztatika, kontinuitás

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

F. F, <I> F,, F, <I> F,, F, <J> F F, <I> F,,

Folyadékáramlás vérkeringés

ÁRAMLÁSTAN MFKGT600443

TestLine - Fizika 7. évfolyam folyadékok, gázok nyomása Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. évfolyam folyadékok, gázok nyomása Minta feladatsor

Az úszás biomechanikája

Reológia Mérési technikák

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

A nyomás. IV. fejezet Összefoglalás

1.1 Hasonlítsa össze a valós ill. ideális folyadékokat legfontosabb sajátosságaik alapján!

Folyadékok és gázok mechanikája. Fizika 9. osztály 2013/2014. tanév

DR. DEMÉNY ANDRÁS-I)R. EROSTYÁK JÁNOS- DR. SZABÓ GÁBOR-DR. TRÓCSÁNYI ZOLTÁN FIZIKA I. Klasszikus mechanika NEMZETI TANKÖNYVKIADÓ, BUDAPEST

5. gy. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

Nyújtás. Ismétlés. Hooke-törvény. Harántösszehúzódás: nyújtásnál/összenyomásnál a térfogat növekszik/csökken

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

9. Laboratóriumi gyakorlat NYOMÁSÉRZÉKELŐK

Fluidumok áramlása. Vegyipari és biomérnöki műveletek segédanyag Simándi Béla, Székely Edit BME, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

Kinematika. speciális pályák: egyenes, szakasz, kör, ellipszis, parabola, spirál, Egyenes vonalú mozgások: egyenletes: s=vt, v=áll. tösszes.

A következő keresztrejtvény minden helyes megoldása 1-1 pontot ér. A megfejtés + 1 pont. Így összesen 15 pontot szerezhetsz a megfejtésért.

PONTSZÁM:S50p / p = 0. Név:. NEPTUN kód: ÜLŐHELY sorszám

Á R A M L Á S T A N. Áramlás iránya. Jelmagyarázat: p = statikus nyomás a folyadékrészecske felületére ható nyomás, egyenlő a csőfalra ható nyomással

Fűtési rendszerek hidraulikai méretezése. Baumann Mihály adjunktus Lenkovics László tanársegéd PTE MIK Gépészmérnök Tanszék

Agrár-környezetvédelmi Modul Vízgazdálkodási ismeretek. KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc

2. mérés Áramlási veszteségek mérése

t udod- e? Áramlások, örvények és egyéb érdekes jelenségek II. rész

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Hidrosztatika. Folyadékok fizikai tulajdonságai

1. feladat Alkalmazzuk a mólhő meghatározását egy gázra. Izoterm és adiabatikus átalakulásokra a következőt kapjuk:

mérlegegyenlet. ϕ - valamely SKALÁR additív (extenzív) mennyiség térfogati

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Szilárd testek rugalmassága

1.2 Folyadékok tulajdonságai, Newton-féle viszkozitási törvény

Propeller és axiális keverő működési elve

Ventilátor (Ve) [ ] 4 ahol Q: a térfogatáram [ m3. Nyomásszám:

Nyomásérzékelés

MUNKAANYAG. Szabó László. Hogyan kell U csöves manométerrel nyomást mérni? A követelménymodul megnevezése: Fluidumszállítás

Mechanika, dinamika. p = m = F t vagy. m t

VIZSGA ÍRÁSBELI FELADATSOR

FOLYADÉK BELSŐ SÚRLÓDÁSÁNAK MÉRÉSE

Transzportfolyamatok

Ábragyűjtemény levelező hallgatók számára

Folyadékáramlás, szív munkája

Propeller, szélturbina, axiális keverő működési elve

Szakmai fizika Gázos feladatok

Milyen erőtörvénnyel vehető figyelembe a folyadék belsejében a súrlódás?

Elektromos áramerősség

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői

TÁMOP F-14/1/KONV Élelmiszeripari műveletek gyakorlati alkalmazásai

Elektromos áram, egyenáram

Áramlástan feladatgyűjtemény. 4. gyakorlat Bernoulli-egyenlet

BMEGEÁTAT01-AKM1 ÁRAMLÁSTAN (DR.SUDA-J.M.) 2.FAKZH AELAB (90MIN) 18:45H

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

Hidraulika. 5. előadás

VIZSGA ÍRÁSBELI FELADATSOR

Áramlástechnikai mérések

Folyadékáramlás vérkeringés

Folyadékok. Molekulák: Gázok Folyadékok Szilárd anyagok. másodrendű kölcsönhatás növekszik. cseppfolyósíthatók hűtéssel és/vagy nyomással

III. RÉSZ HIDRAULIKAI SZÁMÍTÁSOK

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Áramlásmérés

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

Áramlásmérés. Áramlásmérés egyik legősibb méréstechnikai probléma Egyiptom, Róma

Szűrés. Gyógyszertechnológiai alapműveletek. Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológia és Biofarmáciai Intézet

Transzportjelenségek

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

Célok : Vízrendezés: védelmet nyújtani embernek, víznek, környezetnek Hasznosítás: víz adta lehetőségek kiaknázása

DINAMIKA ALAPJAI. Tömeg és az erő

Feladatlap X. osztály

A vérkeringés és szívm ködés biofizikája

FELÜLETI FESZÜLTSÉG. Jelenség: A folyadék szabad felszíne másképp viselkedik, mint a folyadék belseje.

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

Átírás:

14. Előadás Folyadékáramlás Kapcsolódó irodalom: Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006 A biofizika alapjai (szerk. Rontó Györgyi, Tarján Imre). Semmelweis Kiadó, Budapest, 1997 Maróti Péter, Laczkó Gábor: Bevezetés a biofizikába. JATEPress, Szeged, 1998 Az előadás témakörei: 1. Hidrosztatika 2. Hidrodinamika 3. Orvosi vonatkozások 4. Reális folyadékok A folyadék (ideális folyadék) felveszi a tárolásra szolgáló edény alakját, megtartja a térfogatát (összenyomhatatlan), és részecskéi állandóan, tetszőleges módon helyet változtatnak. Nyomás A nyomás az erő és a felület hányadosa (p=f/a), mértékegysége N/m=Pa, de használható bar, atm, mmhg=torr. Skalár, tehát nincs iránya. Hidrosztatika Nyugvó folyadékok fizikája Pascal törvénye: Zárt térben lévő folyadékra kifejtett nyomás minden irányban egyforma mértékben terjed tovább. 1/6

Hidrosztatikai nyomás: p = mg A = ρagh A = ρgh. Hgmm: 760 mm magas higanyoszlop egyensúlyt tart a légnyomással, azaz a 760 Hgmm éppen a légnyomás. p = ρ higany gh = 13595 kg 0,760 m 9,806 m kg m 3 s2 = 101317,5 ms 2=1,01 105 Pa a légköri nyomás SI egységekkel. 1 bar = 10 5 Pa 1 atm = 1,013 10 5 Pa 760 Torr = 1 atm Hidrodinamika Áramló folyadékok fizikája Hajtóerő: nyomáskülönbség. Megmaradó mennyiségek: anyag, energia, lendület. Kontinuitási egyenlet (folytonosság) Térfogati áramerősség (Q) = a csövön egységnyi idő alatt átáramló térfogat (m3/s vagy liter/s). Pl. vérkeringésnél az aortában kb. 5 liter/perc. Stacionárius áramlás esetén a térfogati áramerősség állandó: Q = V t = A d t = A v Változó keresztmetszetű (A) cső esetén: A 1 v 1 = A 2 v 2 Példa: vízcsap, erek 2/6

Bernoulli törvény Áramló folyadékban a sztatikai (p), dinamikai (1/2 v2) és hidrosztatikai nyomások ( gh) nyomások összege állandó: p + 1 ρ 2 v2 + ρ g h = állandó A sztatikai nyomás (=a cső falára ható nyomás) lecsökken ott, ahol az áramlási sebesség megnő. A Bernoulli törvény az energia megmaradás törvényének egy formája és abból vezethető le. Orvosi vonatkozás Aneurizma kialakulása Aneurizma (értágulat) kialakulásakor 1) egy meggyengült falú érszakasz kitágul, 2) a vér sebessége a tágult részen lecsökken (kontinuitási egyenlet), 3) a dinamikai nyomás lecsökken és a vérerek falára ható, sztatikai nyomás megnő (Bernoulli törvénye), 4) ami tovább tágítja az érszakaszt, és a hatás fokozódik (pozitív visszacsatolás). Venturi hatás A folyadék vagy gáz nyomásának csökkenése, amikor az egy szűkülő nyíláson keresztül áramlik át. A szűkülő nyílás miatt az áramlási sebesség megnő, így a sztatikai nyomás lecsökken, ami felhasználható pl. levegő beszívására oxigénmaszkban. Különböző nagyságú nyílások segítségével különböző oxigénlevegő arány állítható be. 3/6

Reális folyadékok Viszkozitás Belső súrlódás vagy folyással szembeni ellenállás. Ideális folyadék viszkozitása nulla, reális folyadéknak van viszkozitása. Meghatározása (Newton-törvény): az az erő, amellyel két egységnyi felszínű lap, amelyek között folyadék található, elcsúsztatható egymáson, egységnyi sebességrádiens mellett (1. ábra). 1. ábra elcsúszó lapokról Δy Δx A F Δv F = η A v y A folyadékokat, amelyekre a fenti törvény igaz, newtoni folyadékoknak nevezzük. Nem newtoni folyadék az ízületekben (pl. térdben) található szinoviális folyadék, amelynek viszkozitása a nyomás növekedésével csökken, így hatékonyabban működik, mint a kenőanyag. A viszkozitás függ az anyagtól, hőmérséklettől és a nyomástól. Sebességprofil: A viszkozitás, azaz az egymáson elcsúszó folyadékrétegek közötti, valamint a folyadék és a cső fala közötti súrlódás miatt a folyadék sebessége a cső tengelyében a legnagyobb és a cső fala felé egyre csökken. A fallal érintkező folyadékréteg sebessége elvileg nulla, a profil alakja pedig parabola. 4/6

Ennek érdekes következménye, hogy a vörösvértestek az erek tengelye mentén sűrűsödnek össze, mivel ott a nagyobb sebesség miatt kisebb, a széleken pedig a kisebb sebesség miatt nagyobb a sztatikai nyomás (Bernoulli), ami középre tereli a vvt-ket. Hagen-Poiseuille törvény Ejtsd hágen-poázöj. Leírja, hogyan függ a térfogati áramerősség a cső és a folyadék tulajdonságaitól: Q = π p r4 8 η l - arányos a cső két vége közötti nyomáskülönbséggel (Δp) - arányos a cső sugarának negyedik hatványával (r4) - fordítottan arányos a folyadék viszkozitásával (η) - fordítottan arányos a cső hosszával (l). A törvény más formában felírva analóg Ohm törvényével: A megfeleltetések: - térfogati áramerősség elektromos áramerősség - nyomáskülönbség feszültség - áramlási ellenállás elektromos ellenállás Fontos következmény: ha egy szervhez kétszer annyi vért kell eljuttatni, ehhez duplájára kellene emelni a vérnyomást, viszont (a negyedik hatvány miatt) elegendő csupán 19%-al megnövelni az erek 5/6

átmérőjét! A szervezet éppen ezért a vérerek átmérőjén keresztül tudja hatékonyan szabályozni a vér térfogati áramerősségét. Stokes törvény Megadja, mekkora erővel nyomja az áramló folyadék a folyadékba helyezett gömböt: F = 6 π η r v ahol éta a viszkozitás, r a gömb sugara, v pedig a folyadék sebessége. (a 6πηr kifejezés nem más, mint az alakfaktor, amelyet pl. a centrifugálás során említettünk) Turbulens áramlás A Hagen-Poiseuille törvény csak lamináris, azaz réteges áramlás esetén igaz, amelyben a folyadékrétegek egymással párhuzamosan, keveredés nélkül áramlanak. Akadály, hirtelen szűkület, illetve egy kritikus értéket meghaladó sebesség esetén az áramlás turbulenssé (örvénylővé, gomolygóvá) válik. Ekkor a folyadékban örvények és kaotikus áramlások jönnek létre, amelyek energiát emésztenek fel, de nem járulnak hozzá a térfogati áramerősséghez, ezért az áramlási ellenállást nagyban megnövelik. Reynolds szám Egy dimenzió nélküli szám, amelynek segítségével megbecsülhető a kritikus sebesség, amely felett az áramlás turbulenssé válik: R = v r ρ η ahol v az áramlás effektív (átlagos) sebessége, a folyadék sűrűsége, r a cső sugara, a viszkozitás. Ha egy áramlásra a számolt Reynolds szám nagyobb, mint a kritikus Reynolds szám (1160, sima falú csőre), az áramlás valószínűleg turbulens. Az egyenlet átrendezésével kiszámítható az a kritikus sebesség, amely felett az áramlás turbulenssé válik: v krit = R krit A véráramlás szinte kizárólag lamináris, turbulens áramlás egyedül az aortában fordul elő. η ρ r 6/6