蠕動流

在外力(例如肌肉力)作用下,可變形管節律性地收縮和擴張而引起的管內流體的運動,生物力學研究的一個問題。節律性地收縮和擴張是管狀平滑肌的固有性質,因而,蠕動流是生理上常見的一種流體輸運方式。輸尿管、腸道、膽道和小動脈血管等管道內流體的流動都具有蠕動流的性質。

蠕動流

正文

在外力(例如肌肉力)作用下,可變形管節律性地收縮和擴張而引起的管內流體的運動,生物力學研究的一個問題。節律性地收縮和擴張是管狀平滑肌的固有性質,因而,蠕動流是生理上常見的一種流體輸運方式。輸尿管、腸道、膽道和小動脈血管等管道內流體的流動都具有蠕動流的性質。
蠕動流的原理可用附圖說明,設有一兩端封閉的靜止長管,管的兩端面上壓力相等。一套在圓管上的滑塊將管壓縮,滑塊以速度v向右移動,引起收縮部分流體運動。在固定坐標系中流動是非定常的(圖1)。若取運動坐標系 (隨滑塊運動的坐標系),則長管兩端的流體以速度v向左流動,流動是定常的(圖2)。若流體為不可壓縮的,則按連續性原理,收縮段流體向左運動的速度高於v。滑塊的壓縮,使管壁變形,可以將其視為沿管壁傳播的波動,以速度v傳播。沿著波傳播的方向壓力是升高的;因而,若流體在管內以平均速度尌運動,同時管壁收縮以波速v沿尌方向傳播,則:①收縮部分流速u=尌-v,一般v》尌,因而收縮段流體運動方向同平均流相反;②由於收縮部分壓力沿v方向升高,故在平均流動方向上,壓力梯度降低,即管壁蠕動起著泵的作用。

決定蠕動流的主要參數有四個:①振幅-半徑比:為時均半徑;A為振幅; ②波數:,λ為波長;③雷諾數:ν為流體運動粘性係數;④每一波長上的壓力升或時均流量。其中嗘、α決定於管狀平滑肌的特性。
蠕動流問題的研究始於20世紀60年代末,主要集中於小雷諾數、長波(嗘 很小)的純流體力學問題(見斯托克斯流動),只有馮元楨等人試圖把流體的流動問題和平滑肌的蠕動問題結合起來求解。目前對輸尿管回流、小腸乳糜粥輸運時間等問題雖能作出合理的解釋,但是問題的核心,即管壁蠕動-流動耦合問題並未解決。

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