Типы воздушного потока

По аналогии с законом Ома для электрической цепи, объемная скорость газово­го потока в трубке определяется давлением и сопротивлением:

v=p/r, [2-ю]

где: V — объемная скорость потока, Р — движущее давление, R — сопротивление.

Поток через систему трубок может приобретать один из трех паттернов (рис. 2-12). Ламинарный поток характеризуется слоями движущегося газа, парал­лельными как друг другу, так и стенкам трубок (рис. 2-12А). Ламинарный поток преобладает при низких скоростях газа и описывается законом Пуазейля:

V ₌ f!5ll [2-¹¹l

8л1 '

где: V — объемная скорость потока, Р — давление, г •- радиус трубки, г] •- вязкость газа, I длина трубки.

Свойства дыхательной системы, определяющие сопротивление потоку

Рис. 2-12. Типы потока иолдуха но труб­кам. (А) Ламинарный. (Б) Турбулент­ный. (В) Переходный. (Ил: West J Н. Airway resistance. In: Respiratory Physiology: The lisseiHials. 1i h eel. Baltimore: Williams & Wilkins, 1990: Ш1М

Преобразуя уравнение [2-И], получаем:

P.MX [2-12]

яг⁴

Подставляя константу k вместо 8г|1/яг, получаем:

P = kx V. [2-13]

Из уравнения [2-11 ] следует, что объемная скорость потока прямо зависит от четвертой степени радиуса. Уменьшение радиуса трубки наполовину снижает ско­рость потока в 16 раз.

Турбулентный поток, более хаотичное движение газа вдоль трубки (рис. 2-12Б), преобладает при высоких объемных скоростях потока. Скорость турбулентного по­тока во многом определяется плотностью газа; повышение его плотности приводит к уменьшению скорости потока. Кроме того, движущее давление для турбулентного потока пропорционально квадрату его скорости (Р = k х V). Будет ли поток через систему трубок турбулентным или ламинарным, можно предсказать, рассчитав чис­ло Рейнольдса (Re), — безразмерное число, связывающее среднюю скорость потока, плотность и вязкость газа, а также радиус трубки:

Re = 2rVd/n, [2-14]

где: V — средняя скорость потока, d — плотность газа.

Когда Re превышает 2000, поток турбулентный; когда Re менее 2000, поток ла­минарный.

Переходный поток характеризуется завихрениями, возникающими в месте би­фуркации трубки (рис. 2-12В). В условиях дихотомического разветвления трахе обронхиального дерева переходный поток является важным паттерном потока в лег-