View
1
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Физика жидких сред
Л. Кривский, FRCA
Southampton General Hospital
ПланФизика газов
Газовые законы
Критическая температура и давление
Плотность и вязкость газов
Ламинарный и турбулентные потоки
Жидкости, р-ры, коллигативные св-ва
Принцип Бернулли; эффект Вентури
Латентное тепло испарения
Давление насыщения пара
Влажность и увлажнение газов
Испарители
Текучие среды
Вещества, способные свободно течь
Жидкости
Пары
Газы
Принцип Паскаля
Давление, действующее на текучую среду
будет распространяться в ней
равномерно
Blaise Pascal, Physicist, 1654
Ламинарное течение I
P1 P2
l
r
(P1-P2). .r4
8.l.
Поток =
Hagen 1839, Poiseuille 1840
Вязкость
имеет
значение
Давление (АД, ДЗЛК, ЦВД ... итд)
– всего-лишь одна из переменных
формулы потока (перфузии)!!!
Если уменьшить диаметр трубки в
2 раза, скорость потока через неѐ
снизится в 16 раз!
Скорость потока во в/в канюлях
разного диаметра
• 14G – 250-360 мл/мин
• 16G – 130-220 мл/мин
• 17G – 100-140 мл/мин
• 18G – 75-120 мл/мин
• 20G – 40-80 мл/мин
• 22G – 20-40 мл/мин
При увеличении длины трубки,
скорость потока уменьшается в 2
раза
Оптимальный гематокрит – 0,30!
Ламинарный поток II
•Конус
•Пристеночный
эффект
Зависимость давление:поток для
ламинарного течения
НО: Давление (АД, ДЗЛК, ЦВД ...
итд) – всего-лишь одна из
переменных формулы потока
(перфузии)!!!
Турбулентный поток 1
v . d . R =
Константа Рейнольдса
R <1000 ламинарное
R >1500 турбулентное
d
v
Турбулентный поток 2
(P1-P2) . r2
P1 P2
r
Плотность
имеет
значениеПоток
Зависимость давление:поток при
турбулентном течении (чтобы
усилить поток, давление должно
быть увеличено в 4 раза)
Турбулентное течение характерно
для жидких сред большой
плотности, но малой вязкости,
текущих с большой скоростью
через трубы большого диаметра.
Разветвления, сужения, резкие
повороты трубок приводят к
усилению скорости потока -
турбулентность
Гелиокс – 79% Не + 21% О2
Плотность vs. вязкость
Вязкость при ламинарных
потоках, плотность – при
турбулентных
Турбулентность в дых. контурах
Эффект Bernoulli
½ρV1 + p1 = ½ρv2 + P2
Самолѐты и принцип Бернулли
Принцип Вентури
Закон Bernoulli, принцип Venturi
Жидкости
•Спрей
•Увлажнители
•Газы
•Маски
•Небулизаторы
•Отсосы
Venturi
Giovanni Venturi, Physicist, 1797
О2 терапия (HAFOE masks)
Цвет О2 (л/мин) О2 (%)
Синий 2 24
Белый 4 28
Жѐлтый 6 35
Красный 8 40
Зелѐный 12 60
Маски Вентури
Жидкости
Жидкости
Cohesion
Adhesion
Капля
Силы молекулярного притяжения
Ртуть
Cohesion > adhesion
Вода
Cohesion < adhesion
Смачивание
Ртуть Вода
Тройная точка
температура, при которой тв. в-во,
жидкость и пар находятся в
эквилибриуме друг с другом.
Для воды: 273.16 K (0.01ºC) @ 611.2 Pa
Thermodynamic reference temperature
Тройная точка
Растворы
Коллигативные св-ва
Осмотическое давление
Депрессия точки замерзания
Снижение давления пара
Увеличение точки кипения
Коллигативные свойства
Испарение
Р-мое в-во снижает
общую энергию р-рителя
Замерзание
Частицы р-мого в-
ва нарушают ст-ру
кристаллической
решѐтки р-теля
Растворы
• Моль
– Грам-молкулярный вес
– 6 x 1023 молекул
– NaCl 23 + 35.5 = 58.5g
• Осмоль
– Грам-молекулярный вес/кол-во активных
молекул
– NaCl (23 + 35.5)/2 = 29.25g
Растворы
• Осмолярность
– Осмоли в 1 л р-ра
– 1 osmol.l-1 снижает точку замерзания на
1.86ºC
• Осмоляльность
– Осмоли в 1кg р-ра
Осмоляльность плазмы
Осмотическое
давление
Осмоляльность 290 mOsmol.l-1
Точка замерзания -0.54ºC
Осмотическое давление 739.5kPa
(7.3 atm)
(3kPa за счѐт белков плазмы)
Расчѐт осмолярности:
2[Na+]+ [gluc]+[urea]
Газы
Газ – это вещество, находящееся
выше своей критической
температуры
• Нагревание – увеличение кинетической
энергии: тв. в-во – жидкость – пар/газ
• Критическая температура – температура, выше
которой газ не может быть превращѐн в
жидкость при дальнейшем повышении
давления (О2 – 118, N2O 36.5)
• Критическое давление – давление,
необходимое для превращения пара в
жидкость при критической температуре
Содержимое баллонов – жидкость,
пар или газ
• Давление газов внутри баллонов
• O2 13700 кРа
• Сжатый воздух 13700 кРа
• Entonox 13700 кРа
• Жидкости внутри баллонов
• N2O 4400 кРа
• CО2 5000 кРа
Соотношение заполнения
• «Вес жидкости внутри баллона,
поделенный на вес воды, необходимой
для его полного заполнения, выраженное
в виде пропорции»
• N2O в странах с умеренным климатом
(UK) – 0.75
• Австралия – 0.67
1 атм =
• 760 мм рт ст
• 1034 см Н20
• 1 бар
• 101 кРа
• 15 lb/in2
Объѐмы газов
STPD - 0ºC, 101.3 kPa, сухой
ATPS – комнатная темп, 101.3kPa, насыщенный
парами – в окр. среде
BTPS - 37ºC, 101.3 kPa, PH2O 6.3 kPa – в лѐгких
(NB: температура в K)
Закон Бойля-Мариотта
При постоянной температуре объѐм газа обратно пропорционален абсолютному давлению
Robert Boyle, Physicist, 1667
P1 v1 p2 V2
P1.v1 = p2.V2
Patm
Закон Бойля
Давление-объѐм (цилиндр О2 –
137000 kPa; магистраль – 400 кРа)
Изотермические vs.
адиабатические условия
• Изотермические условия – изменение
физ. состояния газа при постоянной
температуре (закон Бойля действует)
• Адиабатические условия – изменение
физ. состояния газа при перемене
температуры (закон Бойля неприменим)
Закон Чарльза
При постоянном давлении объѐм газа
пропорционален абсолютной
температуре
Jacques Charles, Physicist, 1787
Tabs
Закон Чарльза
Третий газовый закон
• При постоянном объѐме, изменение
абсолютной температуры газа приводит
к изменению давления
Р/Т = const.
P ~ T
Газовый закон
PV = nRT
R = Молярная (универсальная) гзовая константа = 8.1314 J.K-1.mol -1
Гипотеза Авогадро
Молярный объѐм идеального газа занимает 22.4 l @ STPD
N2O and CO2 22.2 l @STPD
Amadeo Avogadro, Physicist, 1811
Пары
• Вещества, находящиеся ниже своей
критической температуры
Испарение
Потеря тепловой энергии
Массовая энтальпия испарения(Латентная энергия испарения)
Энергия, необходимая для превращения
1 г жидкости в пар или газ при данной
температуре
Для воды при 37ºC = 2.4kJ.g-1
Давление насыщения паров
Максимальное возможное давление пара при данной
температуре
Точка кипения: температура, при которой SVP = атм. давлению
N2O
Цилиндр с закисью
• Давление не отражает объѐм
(критическое давление пара N2O – 51 bar)
• Для определения объѐма цилиндр
необходимо взвесить
• Соотношение заполнения – объѐм
жидкой закиси внутри цилиндра:объѐм
цилиндра (в UK – 0.65)
Пример расчѐта объѐма N2O
• 1 моль – 22.4 л
• MWN2O – 44
• Вес жидкого газа – 2500 г
• Объѐм = 2500/44 22.4 = 1272 л
Poynting effectO2
N2OEntonox
Tcrit 36.5ºC 136 000 kPa
Pseudo Tcrit -6ºC
Overpressure effect
Псевдокритическая температура
• Для энтонокса - 4,5 С
• При хранении в зимних условиях
разделение газов и доставка
гипоксической смеси
О2
N2O
Давление паров насыщения
Относительная влажность
(А) Воздух при комнатной температуре (отн. влажность 50%)
(В) Точка росы (11 С, 100% влажность)
(С) Нагревание до 37 С (отн. вл. – 23%)
(D) Комн. воздух полностью насыщенный парами воды при 22 С
(Е) То же, нагретый до 37 С (отн. вл.–42%)
(F) Воздух при BTPS в бронхах
Увлажнение
10g.m-3 @ 22ºC, 50% RH
BTPS
44g.m-3 @ 37ºC
«Нечувствительные» потери Н2О ±
346 ml per day
Увлажнение
0g.m-3 @ 20ºC
BTPS
44g.m-3 @ 37ºC
«Нечувствительные» потери Н2О
446 ml/ 24 часа
Определение SVP
• Давление паров насыщения
Максимально достижимое давления пара
при данной температуре
• В точке кипения: давление паров
насыщения = 1 атм
Испарители
Variable bypass vaporizer
Для получения концентрации в
1% при 20 С необходимо:
SVP @ 20 C
(mmHg)
Исп.камера/
общий поток
Halothane 243 (32 kPa) 3.1 %
Isoflurane 250 (33 kPa) 3.0 %
Enflurane 175 (23 kPa) 4.3 %
Volatile agent SVP(kPa)
at 20 C
BP ( C) at
100kPa
MAC
Halothane 31.9 51 0.76
Enflurane 23.1 56 1.68
Isoflurane 31.5 48 1.15
Sevoflurane 21.3 58 2
Desflurane 88.5 23 6
Свойства ингаляционных
анестетиков
Зависимость давления паров
насыщения от температуры
Охлаждение жидкости по мере
испарения молекул
Биметаллическая пластина для
температурной компенсации
Факторы, влияющие на работу
испарителя
• Соотношение потока через испарительную и
проточную камеры
• Пов-ть соприкосновения пар:жидкость
• Температура испарительной камеры
• Атм. Давление
• Поток несущего газа – чем больше поток – тем
меньше насыщение
• Состав несущего газа – плотность и вязкость
Атмосферное давление
• Испаритель изофлюрана установлен на подачу
1% газа:
- На уровне моря на выходе – 1%
- При давлении в 2 атм – ½%
- На высоте 5.5 км – 2%
• Меняется концентрация, но не давление
насыщения паров (31.3 кРа) при данной
температуре – таким образом, парциальное
давление остаѐтся неизменным.
Десфлурановый испаритель -
однокамерный
VIE
• Внешняя оболочка из чугуна
• Внутренняя оболочка из нержавеющей стали
• Вакуум посередине
• Температура камеры - 183 С
• Давление внутри камеры – 5-10 атм
• Испарение О2 поддерживает низкую Т
• На выходе – регулятор давления 400 кРа
Вакуумный резервуар-испаритель
О2
VIE
• При низкой потребности – верхний отвод
• При высокой – нижний, с подогревом
Батарея газовых баллонов
Recommended