呼吸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) (respiratory system dynamics) 是生物力學(xué)的一個(gè)分支,主要研究氣體在口、鼻、氣管到肺泡組成的力學(xué)問(wèn)題。呼吸系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)呼吸系統(tǒng)是呼吸器官的重要組成部分,它的主要功能是輸入氧氣和排除多余的二氧化碳;呼吸器官的另一個(gè)重要系統(tǒng)──肺循環(huán)系統(tǒng)則供應(yīng)血液。這兩個(gè)系統(tǒng)的結(jié)合完成空氣同所有組織細(xì)胞之間的氣體交換, 以滿(mǎn)足組織、 細(xì)胞在新陳代謝過(guò)程中的需要。
呼吸器官中,供應(yīng)血液的是肺循環(huán)系統(tǒng)。肺循環(huán)是指血液由右心室泵入肺動(dòng)脈系,經(jīng)微動(dòng)脈流入毛細(xì)血管床,然后匯入小靜脈,經(jīng)肺靜脈流入左心房的整個(gè)過(guò)程。肺循環(huán)的特點(diǎn)之一是,它是一個(gè)低壓系統(tǒng),肺動(dòng)脈的收縮壓平均為22毫米汞柱,舒張壓平均為4~5毫米汞柱。另一特點(diǎn)是,肺循環(huán)的血流量很大,人體內(nèi)幾乎整個(gè)血量(大約5000毫升)在一分鐘內(nèi)要全部流過(guò)肺循環(huán)系統(tǒng)一次。在如此低壓差作用下能保持如此大的流量,說(shuō)明肺循環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)阻力很小的系統(tǒng)。
與肺泡氣體交換的區(qū)域則是微動(dòng)脈和微靜脈之間的毛細(xì)血管床。它與其他一些組織組成肺泡隔膜,隔膜的兩面均暴露在肺泡氣中。當(dāng)空氣進(jìn)入肺泡,血液流經(jīng)微血管床時(shí),由于呼吸膜兩側(cè)的氧存在著較大的分壓差,氣體和血液就進(jìn)行氣體交換。它們必須經(jīng)過(guò)肺泡膜、間隙液、毛細(xì)血管壁、血漿、紅細(xì)胞膜、胞漿,并且與血紅蛋白進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。在紅細(xì)胞進(jìn)入微血管床時(shí),氧分壓在正常情況下大致為40毫米汞柱,而肺泡中的氧分壓大致為100毫米汞柱,其間有厚度為0.5微米的呼吸膜隔開(kāi),因此立即開(kāi)始擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)。這個(gè)動(dòng)力過(guò)程在紅細(xì)胞中的氧分壓接近于肺泡中的氧分壓以前一直在進(jìn)行,正常情況約歷時(shí)1/4秒,此后氧的傳輸就幾乎完全停止。在異常情況下,例如由于肺泡壁的增厚,使擴(kuò)散受阻;或是大氣中氧分壓大大降低,從而降低了擴(kuò)散能力。這樣血液流到微血管的終端就有可能沒(méi)有接近肺泡中的分壓值。至于二氧化碳,它在微血管始端的分壓為45毫米汞柱,在肺泡內(nèi)為40毫米汞柱,它的擴(kuò)散能力比氧約大20倍,它從血液中擴(kuò)散到肺泡中并不困難;如果遇到隔膜增厚的那類(lèi)病態(tài),擴(kuò)散當(dāng)然就不那么容易了。
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馮元楨著:《生物力學(xué)》,科學(xué)出版社,北京,1983。 根據(jù)E.R.韋貝爾的研究,氣管系的結(jié)構(gòu)如下:每一根支氣管分叉為兩根子支氣管,而每一根子支氣管又作為下一級(jí)的主管,再分叉為兩根子管。韋貝爾根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù),做出一個(gè)對(duì)稱(chēng)的簡(jiǎn)化模型:級(jí)的編號(hào)是以氣管為0級(jí),主支氣管為第1級(jí),依次類(lèi)推。 從0級(jí)至第16級(jí)的氣管,統(tǒng)稱(chēng)為呼吸道,因而第16級(jí)的支氣管稱(chēng)為終末細(xì)支氣管。從終末細(xì)支氣管起,氣管壁上出現(xiàn)肺泡,這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為呼吸區(qū)。血液與氣體的交換只在這個(gè)區(qū)域中進(jìn)行,而呼吸道則純粹起過(guò)道的作用,因而它又被稱(chēng)為死腔。支氣管總截面積隨級(jí)號(hào)的增大而迅速遞增,相應(yīng)的流速也就很快遞減(見(jiàn)表1)。 表1 氣道的韋貝爾模型數(shù)據(jù)和流動(dòng)參量
從口、鼻到肺泡的總壓強(qiáng)差只有幾個(gè)毫米水柱,因此每一段支氣管的壓強(qiáng)差就更小。要直接測(cè)定這種壓降是困難的。事實(shí)上測(cè)量氣流的速度比測(cè)量壓降要容易些。對(duì)于理想流體的管流,壓強(qiáng)和速度的關(guān)系可用伯努利方程表示: 式中p為壓強(qiáng);v為流速;ρ為流體密度,下標(biāo)1、2分別表示上述各量在管中兩個(gè)不同位置的值。對(duì)于粘性流體,上式各項(xiàng)應(yīng)作相應(yīng)修正。此外,還應(yīng)加上一耗散函數(shù)項(xiàng)。T.J.佩德利等人據(jù)此提出一個(gè)壓降與速度的關(guān)系來(lái)間接討論壓降。對(duì)于泊肅葉流(見(jiàn)管流),其耗散函數(shù)為,式中L為管長(zhǎng);μ為動(dòng)力粘性系數(shù); 為平均流速;Q為流量;S為管截面。當(dāng)考慮入口、管叉和管彎等效應(yīng)時(shí),可引入修正系數(shù)z,即令:,并將z表示為的形式,式中γ為一系數(shù);Re為雷諾數(shù);d為管徑。根據(jù)在動(dòng)物的呼吸道仿制模型上和在簡(jiǎn)化模型上所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),對(duì)Re在100~700間的層流,γ的平均值為0.33。若由上式求得的z值小于1,則不能用,而應(yīng)令z=1。這是因?yàn)樵谒蓄?lèi)型的管流中,泊肅葉流的能量耗散率最小。 口和氣管間的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,M.J.耶格爾和H.馬西斯根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果將口至氣管間的壓降表示為:△p=cQa,式中Δp為壓降;a和c為常數(shù)值(見(jiàn)表2)。除了濃度非常高的混合氣體外,指數(shù)a接近于1.5。 表2 耶格爾和馬西斯實(shí)驗(yàn)中一些參量的最佳擬合值
在呼吸道的終端(即第16級(jí))以下,細(xì)支氣管逐漸過(guò)渡成呼吸細(xì)支氣管、肺泡管和肺泡。它們的直徑都小于0.05厘米。即使在換氣頻率很高時(shí),Re也總小于1,因此流體在慣性可以忽略不計(jì),氣體的運(yùn)動(dòng)特征是擴(kuò)散,而且還與微血管床中的血液進(jìn)行氣體交換。因?yàn)樾驴諝獾奈牒完惙螝獾暮舫龆纪ㄟ^(guò)同一呼吸道,又因?yàn)榉沃械年悮獠豢赡苋颗趴眨市驴諝獠豢赡苤边_(dá)肺泡。實(shí)際上,在新陳氣體交界處氣體的運(yùn)動(dòng)頗象長(zhǎng)江口的潮水運(yùn)動(dòng),它們通過(guò)擴(kuò)散和湍流混合起來(lái)。當(dāng)這種氧和二氧化碳的濃度逐漸變化的混合氣體進(jìn)入愈來(lái)愈小的氣管時(shí),氣體就逐漸以純分子擴(kuò)散的方式運(yùn)動(dòng)。 呼吸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)常見(jiàn)問(wèn)題
呼吸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)文獻(xiàn)
基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的供應(yīng)鏈庫(kù)存控制系統(tǒng)
格式:pdf 大?。?span id="kzmivk7" class="single-tag-height">111KB 頁(yè)數(shù): 1頁(yè) 評(píng)分: 4.5 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,各企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)不僅僅是所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量、成本、外觀,而是轉(zhuǎn)化為供應(yīng)鏈之間的競(jìng)爭(zhēng)。本文旨在對(duì)供應(yīng)鏈庫(kù)存系統(tǒng)進(jìn)行研究,運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真方法,基于Anylogic仿真軟件,研究供應(yīng)鏈分銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò)中的庫(kù)存控制問(wèn)題。并對(duì)庫(kù)存控制問(wèn)題進(jìn)行建模。
基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的分布式庫(kù)存系統(tǒng)研究
格式:pdf 大?。?span id="bbozbhq" class="single-tag-height">111KB 頁(yè)數(shù): 1頁(yè) 評(píng)分: 4.5 現(xiàn)如今,人類(lèi)社會(huì)正式進(jìn)入到信息時(shí)代,企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈,且買(mǎi)方市場(chǎng)需求呈現(xiàn)不確定性、多元化等特點(diǎn),企業(yè)需要增加庫(kù)存儲(chǔ)備,以此來(lái)提高產(chǎn)品可獲得性。但過(guò)多的庫(kù)存不但會(huì)增加企業(yè)成本,且會(huì)導(dǎo)致企業(yè)資金浪費(fèi),可見(jiàn)傳統(tǒng)庫(kù)存管理模式存在諸多弊端。文章結(jié)合分布式庫(kù)存系統(tǒng)概念,分析并研究系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì),最后從關(guān)鍵技術(shù)等方面探討系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上的分布式庫(kù)存系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),希望為我國(guó)企業(yè)現(xiàn)代化、信息化改革提供更多參考和借鑒。 剛體動(dòng)力學(xué)中的逆問(wèn)題,變質(zhì)量動(dòng)力學(xué)中的逆問(wèn)題,非完整動(dòng)力學(xué)中的逆問(wèn)題,Birkhoff系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)逆問(wèn)題,廣義Birkhoff系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)逆問(wèn)題以及其他動(dòng)力學(xué)逆問(wèn)題等。 本書(shū)可供力學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)工作者和相關(guān)工程技術(shù)人員參考。 本書(shū)為《研究生力學(xué)叢書(shū)》之一,將計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、計(jì)算沖擊動(dòng)力學(xué)和計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)內(nèi)容有機(jī)整合,系統(tǒng)講授工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械系統(tǒng)在各類(lèi)瞬態(tài)載荷作用下動(dòng)力學(xué)行為的數(shù)值分析方法和程序?qū)崿F(xiàn)技術(shù)。內(nèi)容包括線(xiàn)彈性動(dòng)力學(xué)變分原理、大型系統(tǒng)特征值問(wèn)題、運(yùn)動(dòng)方程的解法、沖擊動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的有限元模擬、計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等。 有以下四個(gè)方面: 水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)① 液體密度比氣體大得多,如水的密度約為空氣的800倍。在同樣的速度下,水流的動(dòng)壓力和驅(qū)動(dòng)水流所需的功率也都遠(yuǎn)大于氣流。這就要求測(cè)量水流場(chǎng)的儀器的支桿和傳感器的某些零件有較大的強(qiáng)度和剛度。用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量水的附連質(zhì)量是水動(dòng)力學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容。 水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)② 液體常有和氣體交界的自由面水體因?yàn)榇嬖谧杂擅娑霈F(xiàn)一些復(fù)雜現(xiàn)象:如風(fēng)吹過(guò)水面和艦船水面擾動(dòng);海流和潮汐運(yùn)動(dòng);高速水流引起的水氣二相流;容(包括氣墊船等)在水面航行所引起的波動(dòng);魚(yú)雷和導(dǎo)彈入水、出水所引起的器和明渠中的無(wú)壓流等。在這些情況下,重力起重要作用,有時(shí)表面張力也不能忽略,又因存在粘性力,就要求在模型實(shí)驗(yàn)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的無(wú)量綱參數(shù)同原型的相等,從而帶來(lái)不少困難。為此,常先滿(mǎn)足弗勞德數(shù)相等的條件,再修正其他因素的影響。 水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)③ 液體會(huì)蒸發(fā)當(dāng)液體溫度升高、壓力降低時(shí),蒸發(fā)速率增大,甚至出現(xiàn)劇烈相變現(xiàn)象。液體流場(chǎng)內(nèi)某一區(qū)域壓力降低到該液體飽和蒸氣壓力(飽和蒸氣壓力同液體的種類(lèi)和溫度有關(guān),如15℃時(shí)水的飽和蒸氣壓力為0.0169大氣壓)以下,就會(huì)出現(xiàn)空化現(xiàn)象??栈F(xiàn)象出現(xiàn)以后,流場(chǎng)不再是連續(xù)相,一部分為空泡所占據(jù),這就是有空泡的流動(dòng)(見(jiàn)空泡流理論)。在工程上,水流(如過(guò)水壩和其他水工結(jié)構(gòu)中的水流)或物體(如水翼、船的螺旋槳和舵、水下導(dǎo)彈和魚(yú)雷等)運(yùn)動(dòng)速度提高,就會(huì)出現(xiàn)空化現(xiàn)象和空泡流動(dòng)。空化起始與空泡流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)是水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容??张輰?shí)驗(yàn)的常用設(shè)備有各種類(lèi)本身的起始空化數(shù)越小越好,以便進(jìn)行起始空化數(shù)小的模型實(shí)驗(yàn)。降低空化數(shù)的常用方法是降低水流壓力。因此,水洞型的水洞和變壓空化拖曳水池。任何空化實(shí)驗(yàn)設(shè)備都必須能改變空化數(shù)的值,的循環(huán)水管必須是氣密的,可抽真空,也可加壓進(jìn)行深潛物體實(shí)驗(yàn)。 水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)④不能同時(shí)作到弗勞德數(shù)相似和雷諾數(shù)相似。 若模型實(shí)驗(yàn)中的g值與原型的相同,即 很多水動(dòng)力學(xué)模型實(shí)驗(yàn)不能做到雷諾數(shù)相似的另一個(gè)原因是模擬對(duì)象有尺寸大于模型的特點(diǎn)。例如,原型船/秒,模型長(zhǎng)度取為原型的,模型實(shí)驗(yàn)介質(zhì)用與原型相同的水。為了做到雷諾數(shù)相似,模型速度就必須為240節(jié),即 呼吸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)相關(guān)推薦
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