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poiseuille流

泊肅葉流動(Poiseuille flow)是一種描述血液在血管中流動的模型,它在生物力學中占有重要地位。泊肅葉流動是壓力驅動的,其邊界條件是給定的壓力邊界,屬於Neumann型。泊肅葉定律,也被稱為Hagen–Poiseuille方程,描述了圓管中粘性流體(如血液)的流動規律。

泊肅葉流動的數學表達式包括壓力梯度和速度分布。壓力梯度可以通過泊肅葉定律來表達,該定律指出,圓管兩側的壓強差由以下公式給出:

\[ \Delta p = 8 \mu Q L \pi R^4 \]

其中 \( Q = \pi R^2 u_{\text{avg}} \) 是單位體積的流量,\( \mu \) 是動力粘度,\( R \) 是圓管的半徑,\( u_{\text{avg}} \) 是平均流速,\( u_{\text{max}} \) 是最大流速,其值為 \( \Delta p R^2 / (4 \mu L) \)。對於二維問題,截面積為 \( A \),則壓力梯度可以表示為:

\[ \Delta p = 8 \pi \mu Q A^2 \]

速度分布沿流動方向呈現拋物線型,二維問題的速度分布可以表示為:

\[ u_x = \frac{1}{2 \mu} \frac{\Delta p}{L} (d - y) \]

其中 \( y \) 是垂直於流動方向的距離,\( d \) 是管道的直徑。泊肅葉流動的適用條件是流動管道足夠長,如果管道很短,則使用伯努利原理描述更為合適。