WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 134 | 135 || 137 | 138 |   ...   | 140 |

При этом в соответствии с фиксированными изменениями перепадов давления на концах капилляра из­меряется расход исследуемого образца крови. На основании полученных данных строится за­висимость «давление—расход». После соответствующих преобразований (рис. 10.14) перехо­дят к классическим кривым течения или вязкости. Таким образом, при капиллярной реометрии до эксперимента ориентировочно известен лишь диапазон скоростей деформации, а конкретные градиенты скорости являются вычисляемыми величинами.

В ротационных приборах, напротив, скорость деформации есть величина, заранее из­вестная. Более того, ее можно изменить в ходе исследования. В этом заключается одно из принципиальных различий между обсуждаемыми типами реометров. Рассмотрим основные принципы работы, преимущества и недостатки ротационных и капиллярных реометров.

Капиллярные реометры — весьма сложные устройства, позволяющие исследовать рео­логические свойства в довольно широком диапазоне скоростей деформации. В первом разде­ле главы было показано, что при течении жидкости по капилляру в соответствии с законом Пуазейля г) = ДР 81Q ¦ При фиксированных размерах капилляра R и 1 по значениям параметров АР и Q можно определить вязкость исследуемого образца крови. При этом используется так называемый квазиньютоновский подход, при котором кровь рассматривается как ньютоновская жидкость и характеризуется эквивалентной вязкостью, под которой подразумевается вязкость некото­рой ньютоновской жидкости, которая под действием того же перепада давления в измери­тельном капилляре имеет такой же расход, как и исследуемый образец крови.

Изменяя перепад давления АР и определяя расход Q, получаем зависимость АР ~ f(Q). В случае ньютоновской жидкости расходная характеристика представляет собой прямую линию с тангенсом угла наклона:

tga. = Q К4я АР 8 • 1 л" Из этого соотношения следует весьма примечательный факт: наклон прямой зависит от параметров 1 и Q, т.е. от размеров капилляра и, следовательно, не характеризует свойство ис­следуемой жидкости. М. Reiner (1963) предложил строить кривую течения в следующих ко­ординатах:

Р = APR 21 ' которые он назвал консистентными переменными.

В этом случае тангенс угла наклона кривой уже не зависит от параметров 1 и R:

Графики в координатах консистентных переменных не зависят от размеров капилляра и, таким образом, отражают определенное свойство исследуемого образца крови.

Использование консистентных переменных для крови в диапазоне градиентов скорости, где она ведет себя как псевдопластичная среда, может быть совмещено с аппроксимацией кривой: течения степенным уравнением, которое принимает вид:

APR _ ( 4Q '' 21 ~К(л При применении двойной логарифмической бумаги графическим изображением соот­ношения будет прямая линия. Тангенс угла наклона этой линии равен п, а отрезок отсекаемой прямой на оси lg(APR)/21 равен к. При этом угол наклона прямой а для крови составит меньше 45° вследствие ее псевдопластичности. Для ньютоновской жидкости угол наклона будет равен 45°, а различие графиков будет состоять лишь в величине отсекаемого отрезка lg k (рис. 10.15).

При использовании капиллярных реометров возможны следующие допущения: поток крови в капилляре считается ламинарным, при этом перепад давления остается постоянным на всем протяжении капилляра. Принято также допускать, что кровь является несжимаемой жидкостью, а ее температура в течение всего измерения остается неизменной. Для течения в капилляре можно легко получить следующее соотношение для сдвигающего напряжения:

_ APR где тст — сдвигающие напряжения на стенке капилляра. Рис. 10.15. Кривая течения крови, построенная в логарифмических координатах с использованием консистентных переменных.

I При построении кривой течения каждому значению касательных напряжений противо­поставляется определенная величина скорости деформации. При попытке вычислить истин­ный градиент скорости, определяемый только касательными напряжениями, возникают трудности, связанные с весьма сложными математическими вычислениями.

Принято считать, что капиллярные реометры не обеспечивают возможности измерения вязкости в достаточно широком диапазоне градиентов скорости, тогда как, используя рота­ционные вискозиметры, можно создать сколь угодно малые скорости деформации. В дейст­вительности же в капиллярных приборах скорости сдвига меняются в пределах от 1СГ1—10~2 до 10~2—10~7 с"1 и, таким образом, соответствуют практически всей области неньютоновско­го поведения крови [Astatira G., Marrucci G., 1978]. Более того, существует точка зрения, со­гласно которой перенос данных реометрии на конкретные объекты должен производиться с соблюдением принципа геометрического подобия [Смольский В.М. и др., 1970]. Это дает ос­нования полагать, что при проведении реологических экспериментов с кровью целесообраз­но по только стремиться к получению возможно более широкого спектра градиентов скорос­ти, но и руководствоваться также соображениями экстраполяции данных. Основными досто­инствами капиллярных реометров являются простота, надежность, невысокая стоимость.



В то же время при измерении расхода крови через капилляр в зависимости от перепада давления на его концах на результатах измерения сказывается множество факторов, прене­брежение которыми может привести к значительным искажениям результатов.

Эти факторы принято называть ошибками (поправками) капиллярной реометрии.

Рас­смотрим основные из них [Фукс Г.И., 1956; Bird R. et al., 1977].

Ошибка, связанная с затратами части энергии, создаваемой устройством, смещаю­ щим кровь по капилляру, на прирост кинетической энергии крови от нуля на входе в капил­ ляр до определенной величины на его выходе, имеет место всегда.

Ошибка изза возникновения эффективного скольжения крови по стенке капилляра, возникающая в результате образования тонкого пристенного слоя плазмы и связанного с ней более тесно, чем остальные слои потока. Эритроциты как бы «скользят» по этой тонкой «пленке». При этом усиление скольжения ведет к увеличению объемного расхода через ка­ пилляр при фиксированном перепаде давления на его концах.

Ошибка, обусловленная непостоянством градиента давления вдоль капилляра и на его концах.

Ошибка неизотермичности, вызванная частичным превращением энергии давления в тепло. Повышение температуры не только уменьшает вязкость крови, но и изменяет ее не let igy Рис. 10.16. Влияние ошибок капиллярной реометрии на конфигурацию кривой течения.

Отклонения кривой течения, вызываемые ошибками, увеличивающими фактические значения вязкости: 1 — турбулентностью; 2 — адсорбцией; 3 — потерей давления; — упругостью; 5 — «концевыми эффек­тами»; 6 — кинетической энергией и ошибками, уменьшающими фактические значения вязкости; 7 — пристеночным эффектом; 8 — неизотермичностью.

ньютоновские свойства. Она максимальна при больших скоростях деформации и может быть обусловлена также колебаниями внешней температуры. Применение различных термостабилизирующих устройств позволяет свести погрешность, обусловленную данной ошибкой, к минимуму или исключить вовсе.

Ошибка, связанная с входовыми эффектами, обусловлена тем, что для перехода крови от состояния покоя к развитому течению требуются дополнительные затраты энергии. Эта ошибка имеет место всегда, но может быть сведена к минимуму, если длина рабочего участка капилляра будет по меньшей мере в 150 раз больше, чем его диаметр.

Ошибка, обусловленная явлением поверхностной абсорбции. Результат его возникно­ вения является обратным эффекту пристеночного скольжения. Однако его требуется учиты­ вать в трубках диаметром не более 10 мм, когда абсорбционный слой способствует уменьше­ нию объемного расхода за счет снижения эффективного сечения капилляра.

Ошибка изза возникновения турбулентности в потоке крови. Критическим числом Рейнольдса для крови в данных условиях является 700 [Charm S., Kurland G., 1974].

Кроме перечисленных поправок, необходимо учитывать погрешность, связанную с вре­менными эффектами (для крови характерна тиктотропность), эффектами Вейссенберга, по­верхностного натяжения и дренажа. Влияние различных ошибок на ход кривой течения ил­люстрируется графиками (рис. 10.16). Такое большое количество поправок в данном случае свидетельствует не о порочности метода капиллярной реометрии, а, напротив, о достаточно полном теоретическом его обосновании. Существует несколько способов выявления соот­ветствующих поправок, а именно: 1) тарирование вискозиметра ньютоновскими жидкостями с известной вязкостью; 2) использование капилляров с различной геометрией, подбираемых экспериментальным способом: 3) расчетный способ. Вместе с тем самым практичным явля­ется создание такого вискозиметра, в котором все указанные ошибки будут сведены к мини­муму посредством оптимального конструктивного решения. В работе Г.И. Фукса (1956) при­ведены следующие основные конструктивные требования к капиллярным реометрам.





• Для предупреждения турбулентности должно выполняться условие:

R3 I s 2RCK PH, • рДР' где р — плотность; Re — число Рейнольдса; ДР — перепад давления на концах капил­ляра; V — линейная скорость потока.

Постоянство диаметра рабочей части капилляра выверяется при помощи измеритель­ного микроскопа.

Рис. 10.17. Функциональная схема электронного капиллярного реометра.

1 — измерительный капилляр; 2 — манометрическая трубка; 3 — электронный счетчик времени с инди­катором; 4 — датчик начала измерительного участка; 5 — датчик конца измерительного участка; 6, 7 — источники света; 8, 9 — диафрагмы; 10, — микрообъективы; 12, 13 — фоторезисторы; 14 — нагрева­тельный элемент; 15 — датчики температуры; 16 — блок стабилизации температуры; 17 — блок питания.

Наряду с указанным соотношением длины и диаметра следует ограничиться диапазо­ ном длины капилляра от 0,08 до 0,2 м, это ограничение максимально уменьшает по­ правку на «концевые» эффекты.

Переходы между рабочей и измерительной частью трубки должны быть плавными.

В основу измерения реологических параметров крови капиллярным реометром положе­на методика, разработанная Б.М. Смольским и соавт. (1970).

В приборе используют сменные стеклянные капилляры, в средней части каждого из ко­торых имеется узкий участок с диаметром, например, 102, 493 и 690 мкм.

Рабочей частью капилляра служит узкая зона, широкая часть капилляра используется для измерения расхода крови. Исходя из того что объемный расход крови через участки капилляра с различным се­чением одинаков, определение расхода крови через рабочую часть капилляра фактически сводится к определению расхода через измерительный участок. По определяемому расходу рассчитывается эквивалентный градиент скорости в рабочем участке капилляра по формуле:

, JSL Л Граб где г 6 — радиус рабочего участка капилляра.

Определение объемного расхода крови через измерительный участок капилляра практи­чески сводится к регистрации скорости истечения крови из него. Один из вариантов прин­ципиальной электроннооптической схемы капиллярного реометра представлен на рис. 10.17. Необходимая точность измерения в приборе может обеспечиваться электронным счет­чиком времени. Запуск и остановка электронного счетчика осуществляются автоматически сигналами фотоэлектронных датчиков, установленных в начале и конце измерительного участка капилляра. Источники света, диафрагмы и объективы формируют световые потоки внутри капилляра, а фоторезисторы преобразуют изменение светового потока при движении крови по капилляру в электрические сигналы. Результат измерения времени прохождения крови по измерительному участку отображается на табло индикатора счетчика времени. На­чалом отсчета является момент перекрытия светового потока в сечении измерительного участка капилляра столбом движущейся крови. Данные об изменении светового потока пре­образуются фотосопротивлением в электрический сигнал, который усиливается микросхема­ми и формируется в логический «ноль» (0), поступающий на схему совпадения. Аналогично формируется логическая «единица» (1), соответствующая концу измерения.

Все исследования проводят при постоянной температуре (37"С).

33* Рис. 10.18. Три способа отыскания предела текучести (объяснение в тексте).

Pages:     | 1 |   ...   | 134 | 135 || 137 | 138 |   ...   | 140 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.