科学小实验漩涡的原理

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇科学小实验漩涡的原理范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

科学小实验漩涡的原理范文第1篇

关键词：自然科学知识；诊断学；教学应用

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2013）07-0096-03

为进一步加强医学教育工作，提高医学教育质量，教育部、卫生部在《关于加强医学教育工作提高医学教育质量的若干意见》文件中明确要求：要积极进行课程体系改革，构建人文社会科学知识、自然科学知识与医学知识相结合，基础医学与临床医学相结合的知识、能力、素质协调发展的新型课程体系。

《诊断学》是临床医学各专业的“桥梁”课程，对医学基础知识要求高，知识点多，并且要求学生培养一定的逻辑思维能力，为在今后临床各学科学习中广泛、合理地应用打下基础。单纯的理论讲解，课堂气氛沉闷，学生学习兴趣不高，对知识的理解不透，即使通过死记硬背，暂时能记住一些基础知识，今后也容易忘记或混淆，更不可能在临床应用中做到有条理地分析、判断。

笔者在多年的《诊断学》教学过程中，大胆尝试将自然科学知识，特别是将日常生活常识融入教学，把深奥而复杂的专业知识转化为简单的自然科学知识或耳熟能详的生活常识，以浅显的常识性知识来帮助学生对一些医学基础知识和诊断学知识的理解、记忆、应用，既能活跃课堂气氛，提高学习兴趣，同时又能提升教学质量，事半功倍。

就如何将自然科学知识融入《诊断学》教学，笔者举出以下三个实例。

以自然科学知识固化学生记忆

胶体渗透压与晶体渗透压的作用 在生理学课程中，学生已经学过胶体渗透压与晶体渗透压。但是，在学习《诊断学》课程“水肿” 章节时，学生对胶体渗透压与晶体渗透压的作用仍然认识不清。此时，以“蛋糕吸水”和“食盐渗水”的生活常识为例：将蛋糕放在桌面上，可以把桌面的残水吸进去；用报纸包住食盐，过一段时间报纸会变湿。以此类推：胶体渗透压—蛋白质—蛋糕—吸水作用；晶体渗透压—钠盐—食盐—排水作用。应用肝源性和肾源性水肿的分析：肝硬化—蛋白质合成能力下降—血管（外周血）中蛋白质不足—胶体渗透压下降—从血管外（组织液）吸收水分能力下降—组织液回流少—组织液增多（水肿）；肾小球肾炎—尿量减少—血管（外周血）中水钠潴留—晶体渗透压增加—往血管外（组织液）渗水增多—组织液增多（水肿）。

支气管呼吸音与肺泡呼吸音的特点 学生在学习“三种呼吸音”时，往往会把支气管呼吸音和肺泡呼吸音到底谁是“夫”音谁是“哈”音混淆。此时，可以让学生做一个简单的实验：先张大嘴巴呼气，听听是什么声音；再缩唇呼气，听听是什么声音。张大嘴巴呼气只能是“哈”音，缩唇呼气一定是“夫”音。以此类推：支气管呼吸音—气流通过大管腔—张大嘴呼气—“哈”音；肺泡呼吸音—气流通过小管腔—缩唇呼气—“夫”音。甚至还可以再让学生撅嘴呼气（吹口哨），这就是气体通过狭窄气道产生的声音（干啰音）。通过这个小实验，学生会对哪个是“夫”音哪个是“哈”音加深印象。

以自然科学知识

加深对理论知识的理解

心脏杂音的形成机制 首先告诉学生：杂音的形成机制与河道中形成漩涡的机制是一样的。当河水平缓流动时，柔和水流声就如同正常血流循环的血流声，当河道中形成漩涡后产生异常响度的声音就好比心脏杂音。此时，可以让学生先讨论，河道在什么情况下可以产生漩涡？然后根据学生的思路，加以归纳总结，完成对心脏杂音形成机制的理解。例如：水流越急，越容易形成漩涡；那么，血流速度越快（运动后、贫血、甲亢），越容易产生杂音。河道突然变窄，漩涡越多；那么，瓣膜口狭窄，越容易产生漩涡。河道中间的大石头旁漩涡很多；那么，血管内有漂浮物、赘生物可形成杂音。有水流返流或异常水流的河道口漩涡最明显；那么，瓣膜关闭不全、室间隔缺损等亦可形成杂音。

呼气相与吸气相的时相长短 当平静呼吸时，由于吸气是呼吸肌运动的主动过程，所以气体进入人体时急而快，而呼气主要是靠肺泡表面的弹性作用被动压缩，所以气体排出人体时缓而慢。因此，对于一次正常的呼吸运动来说，不管听诊部位在什么地方，它的吸气时相均短于呼气时相。

但是，为什么在体格检查时会出现“支气管呼吸音的吸气相短于呼气相，而肺泡呼吸音的吸气相大于呼气相”呢？此时，可以让学生回忆并描述自行车轮胎或篮球放气时的情景：气门芯一拔，“瞿”的放气声音很响，然后随着轮胎或篮球瘪下去后，“瞿”的声音越来越小，甚至听不到。但此时，如果沾点水涂在气门口上，会发现还有小气泡形成，这说明还有漏气存在。为什么有漏气却听不到声音？是气流较弱造成的。回到呼气相与吸气相的时相长短问题上：当我们在肺组织处进行听诊时（肺泡呼吸音），小肺泡排出部分气体后，肺泡变松弛，呼出的气流逐渐变得越来越小，产生的呼气音也就越来越弱，甚至听不到。所以，对于听诊者来说，肺泡呼吸音的呼气时相“听”起来要比吸气相短。而大支气管部位是整个呼吸气体进出的总关口，所以在喉部等大气管处听到的呼吸音（支气管呼吸音）是所有肺泡呼气的总和，所以它的呼气相“听”起来就要长很多。

以自然科学知识

提高专业知识应用能力

第一心音改变的临床意义 先让学生明确：第一心音是由二尖瓣、三尖瓣同时关闭时所产生的声音，正如教室前后有两扇门，当这两扇门同时关闭时，人们听到的关门音。所以，第一心音的强弱与关门声音的大小同理。此时，可以引导学生讨论，这关门声音的强弱与什么因素有关呢？根据学生的思路，加以归纳总结，给出影响第一心音强弱的因素：（1）门的质地。同等条件下，弹性好的铁门要比烂木头门产生的声音要大。所以，瓣膜弹性降低，第一心音会减弱。（2）力量的大小。一个3岁的孩子和一个年轻力壮的青年人，同样用自己最大的力量去关门，谁关门的声音大，谁关门的声音小，这是毋庸置疑的结论。所以，心肌收缩力越大，第一心音越强。（3）关门时遇到的阻力大小。当一个人在用最大力量关门时，门遇到了一股很强的逆风（阻力），这时，关门的声音肯定会弱。所以，当心室舒张末期的充盈度增多时，心室肌收缩后受到的阻力增大，瓣膜关闭产生的声音就变小，第一心音减弱；反之，第一心音增强。最后，学生需注意一点：在以上三个因素中，“门的质地（瓣膜弹性）”和“力量大小（心肌收缩力）”相对比较稳定，即时变化比较大的往往是“遇到的阻力（心室舒张末期的充盈度）”。在此基础上，再启发学生完成以下讨论，帮助学生准确、快速、并且牢固地判断第一心音改变的临床意义：（1）为什么二尖瓣狭窄时，第一心音增强？当二尖瓣狭窄时第一心音减弱，又说明什么情况？（2）早搏时第一心音有何变化？（3）心房纤颤时第一心音有何变化？

肺部呼吸音听诊的临床意义 在“肺部呼吸音听诊”的学习过程中，很多学生会感到疑惑：肺实变时密度增大，呼吸音增强，但为什么胸腔积液时密度也增大，呼吸音却减弱？同样，胸腔积气时密度减小，呼吸音也是减弱？此时，让学生先思考三个自然现象：（1）实验者用手指敲桌子，甲站在桌子旁1米听声音，乙离敲击点1米用耳朵紧贴桌面听声音，哪个人听到的声音更大？为什么？——乙听到声音更大，因为桌子介质的密度比空气介质的密度大，声波在桌面的传播比声波在空气中的传播强。（2）实验者在河岸边喊话，甲在岸上2米处听，乙在水面下2米处听。哪个人听到的声音更大？为什么？——甲听到声音更大，因为声波要传播到水面下，经过了空气和水两种介质，在进入水介质时，声波经过了反射和折射，导致声波减弱。（3）实验者在教室内喊话，甲在教室内3米处听，乙在教室外3米处听（隔着一层玻璃），哪个人听到的声音更大？为什么？——甲听到声音更大，因为经过一层玻璃的反射后，虽然都是经空气传播，但声波已经被大大减弱。这三个实验其实就分别是肺实变、胸腔积液、胸腔积气呼吸音的临床变化。

结语

现代医学属于自然科学范畴。在复杂的医学理论中，有很多原理、特点与自然科学规律是相通的。作为医学教育工作者，课堂教学不单单是讲授专业知识，教会学生如何学习，同样是一个重要任务。对于学生来说，自然科学知识通俗易懂，好理解、好记忆、好应用。将自然科学知识融入现代医学理论的学习，可以举一反三，事半功倍。

参考文献：

[1]陈文彬，潘祥林.诊断学[M].北京：人民卫生出版社，2010：2-3.

[2]徐泽宇.基于任务驱动的高职人才培养模式研究[D].东华理工大学，2012：39-40.

[3]李广元.诊断学基础学习指导与习题集[M].北京：人民卫生出版社，2010：39-40.

科学小实验漩涡的原理范文第2篇

周末坐在客厅的沙发上,双脚踩着一条绛紫色漩涡花纹编织地毯在客厅看电视剧;广告的空挡,蹬上地毯去厨房拿瓶啤酒;电视剧结束,蹬上地毯出门透口气。你只需要站在地毯上,弯曲双膝,靠身体的倾斜控制飞行的方向。而飞行的距离、高度、乘客的体重、飞毯前进时振动的幅度都事前计算好了,不用担心司机是刚拿到本儿的新手,不用担心耗油,不用担心超速和堵车,也不用担心没有停车位,唯一要担心的就是自己的衣服和地毯的颜色是否搭配。

乘坐地毯飞行不需要面对一大堆仪表、离合器和刹车,也不用依靠螺旋桨、涡轮机等引擎,它的引擎就是空气,控制方向的是自身重心的位移,这更像是玩一次“体感游戏”。另外,地毯可以在空中鸟瞰,这还省下了安装GPS认路的钱。

飞毯已经从《一千零一夜》里飞出来,降落在现实世界。在哈佛大学的应用数学实验室中,印度裔的教授拉克斯铭亚南•马哈德温(Lakshminarayanan Mahadevan)利用流体力学、伸缩算法等科学原理,让飞毯上演了其在现实世界中的“处女秀”。

仿照鳐鱼造飞毯

“这绝对没有违反物理规律”,数学家和物理学家们的研究发现,一张薄片可以在水中浮动,并且向前漂移,他们的思绪立即转移到流体力学的另一个研究对象上――空气。这些科学家们认定了飞毯是可行的:“空气动力应该有可能让毯子保持在高处”。

不过,有关飞毯的大部分研究是在水中进行的。第一个用作实验的模型居然是人体。如果把游泳的人看做“飞毯”,那么他们是靠什么引擎推动前进的呢?马哈德温教授计算了游泳的人在挥臂划水时,度、粘稠度和肌肉的运动等因素,得出一套“水中飞毯”振幅与振动次数的公式。公式进一步证实了飞毯的可行性。

马哈德温教授也一直在自然界中寻找飞毯的佐证。别忘了,飞机、直升机、地效飞行器这些“飞毯”的近亲都是“仿生大户”。仿生对象在鸟类、绰号“西班牙舞者”的海蛞蝓和鳐鱼之间角逐。而飞毯选择了鳐鱼,这种长得像扁平的烙饼,游动时将2700米的深海横向“剖开”的软骨鱼类。“鳐鱼没有鱼鳔,必须利用波动身体,同时产生上升和前进的动力,扁平的身体通过改变波形、波频、波长和波的传播方向等来控制前进的速度和方向,飞毯的原理也和它差不多。”马哈德温教授表示,飞毯自身既是座椅,又是引擎。

用什么材料制作“引擎”,着实费了马哈德温教授和他的伙伴们一番功夫,谁都知道轻薄柔软对毯的重要性,但使用阿拉伯民间故事中的绿色丝绸显然不太现实。马哈德温教授尝试了高分子聚合物、金属薄片,然而,弹性和摩擦力的实验失败了。另一个团队利用大鼠的肌肉细胞作为动力,仍没有成功。飞毯的材料既要随着电信号波动,还要有柔软的韧性,能抵抗振动时产生的摩擦力。基于这个要求,马哈德温教授决定试试复合材料――一种涂上金属衬箔的轻薄纤维织物,被称为“智能聚合物”,可以随着电信号产生起伏波动。“这的确起效了”。

4厘米长,0.1毫米厚的毯子漂浮在空中,每秒震动大约10次,振幅大约为0.25毫米。根据复合材料制成的“飞毯”的质量、空气的密度、乘客的重量、飞行的距离,马哈德温教授计算出“飞毯”首飞的参数,输入地毯中,让试飞的地毯就像一张实时接收信号的智能薄膜。然而,首张飞毯只有纸币大小,首位“阿拉丁”当然不是马哈德温教授,而是一只蚂蚁。

颠簸问题未解决

“如果你想平稳地漂浮在空中,你可以让毯子产生较小的起伏,但是你前进的速度会很慢。”马哈德温教授在接受《自然》杂志采访时,解释了让蚂蚁成为首位乘客的无奈。显然,现在飞毯还不能作为载人飞行器。

科学小实验漩涡的原理范文第3篇

关键词：超高层房屋建筑；缆索体系桥梁；气动抗风措施

中图分类号：TU208文献标识码： A

气流绕过房屋或桥梁截面时，发生相互作用而产生空气作用力，而截面气动外形的改变势必会影响到空气力，因此，改善气动稳定性的途径之一是通过改善断面的外形来减小气动力，即气动措施抗风，也称空气动力学措施。

1. 超高层房屋建筑的气动抗风措施

1.1 选择合理的建筑截面形状

不同截面形状的高层建筑有不同的气动特性。方形截面高层建筑的横风向荷载最大；矩形截面高层建筑随着厚宽比的增大扭转向风荷载变得不容忽视；随着正多边形截面边数的增多，结构的荷载变小；应关注不规则复杂截面的扭转风荷载；当建筑的初步设计方案不能满足结构抗风要求时，可以和建筑设计协调，通过对基本建筑截面采取适当的气动措施处理，使建筑结构满足抗风设计要求。

1.2 矩形截面角部处理措施

在建筑角部设置扰流板的气动措施一般能够减小建筑的横风向荷载和响应，但是由于设置扰流板增大了建筑顺风向的迎风面积，可能导致建筑物顺风向荷载增大，所以该类气动措施要谨慎使用。切角、凹角、圆角等角部修正措施能够有效地减小结构横风向风致效应。10%的角部修正率可能是较好的选择，5%的角部修正率能够有效地防止高层建筑的气动不稳定性。

1.3 建筑截面沿高改变

1.3.1 锥度化与阶梯缩进

对矩形截面高层建筑采取沿高度阶梯收缩的抗风措施时，只有当阶梯收缩的总高度大于未收缩的高度时，阶梯收缩才能显著地减小结构的风荷载。锥度化措施延长了来流在建筑物侧风面漩涡脱落的卓越频率，导致横风向力系数功率谱峰值小幅下降；随着建筑物锥度比的增加，横风向气动力谱峰值下降，功率谱带宽增大，力系数根方差减小。锥度化与阶梯缩进使侧面的风压谱带变宽，峰值频率随着高度而变化，使风谱沿高度的相关性降低；但随着锥度比的增大，由于建筑顶部刚度逐渐变小，建筑顶部横风向的风振响应可能增大。锥度化与阶梯缩进气动措施能够有效地减小高层建筑的横风向荷载，但由于刚度缩减，有时可能会导致顶部的加速度响应不能满足舒适度的要求。

1.3.2 截面沿高度旋转

横截面沿高度旋转能减小建筑结构的阻力，能够降低横风向振动，显著地改善三角形截面高层建筑的平均、脉动及峰值风压系数以及三分力系数，使建筑结构旋涡脱落沿高度变得不规则，减小了结构的横风向响应的横风向风力。截面沿高度旋转气动措施能够减小横风向的气动力，但可能增大建筑表面的局部风压。

1.4 建筑立面开洞

建筑立面开洞通过破坏漩涡脱落强度以及规律性，同时减小建筑迎风面面积，能够同时减小高层建筑横风向与顺风向的风荷载。开洞方式有迎风面单向开洞，侧风面单向开洞与四面双向开洞三种方式。其中四面双向开洞效果最优，在建筑上部开洞效果较好，而在建筑下部开洞效果较差。开洞处局部风压可能增大。

1.5 大跨悬挑建筑面开槽

对大跨度悬挑平屋面结构，屋面用一个有悬挑部分的正方形屋盖结构进行模拟，在模拟结构上开槽，在风洞实验室进行试验，结果显示该气动抗风措施可以有效地干扰锥形涡的形成，从而使屋盖相应区域的平均风荷载值大大降低。

2. 桥梁工程的气动抗风措施

2.1 加劲梁采用流线型扁平箱型截面形式

这种截面形式具有良好的气动外形，抗力系数大大减小，从而显著减小了风荷载；另外，箱型截面抗扭刚度大，加大了扭转振动频率和弯曲振动频率的比值，提高了弯扭耦合振动的发振风速，和非流线型截面不同的是这种流线型截面可以求出相当精确的风力，这种流线型箱型截面已成为目前桥梁抗风设计的主要措施之一。

2.2 加劲梁采用接近流线型的箱型截面形式

这种截面形式可以显著减小风荷载，风颤振的性能也较好，两个箱梁间留有空隙，能调节截面周围的气流状态，提高抗颤振的能力。

2.3 加劲梁采用桁架截面形式

该截面形式的发振风速可超过基准值，涡流激振动也较轻微，但与流线型截面相比迎风面积大，抗力系数较大，风荷载大。当攻角较大时，仍有发生涡流激振的可能。

2.4 边缘风嘴措施

在加劲梁截面两端设置风嘴，可以改善气流绕流的流态，减小涡脱，使截面趋向流线型。这种措施能有效提高悬索桥的颤振稳定性，而且风嘴的尖端角度越小，对颤振稳定性的改善越大；而在尖端角度相同的情况下，尖端长度较大的风嘴的气动性能就越好。

2.5 分离箱梁方案

分离式箱梁设计，实际上是箱梁中心开槽思想的拓展，即通过分离箱梁间的开放空间增加透风率，减小加劲梁顶底面的空气压力差从而增加气动稳定性。同时这一方案保持了传统闭口箱梁结构的优点，如空气阻力系数小、涡振性能好等。这种方案对提高超大跨径悬索桥的抗风稳定性是卓有成效的。随着箱梁间距离的增大，颤振临界风速随之明显上升。

3. 结语

本文从房屋建筑和桥梁工程两个领域较系统地总结了降低结构物横风向荷载和响应的主要气动抗风措施，对各种措施的控制原理和特点进行了简要的评述；本文是对大量的文献资料进行查阅并对气动抗风措施进行汇总，为类似的超高层房屋建筑和超大跨径桥梁工程建设中的抗风设计及施工提供参考。

参考文献：

[1]顾明，张正维，全涌．降低超高层建筑横风向响应气动措施研究进展．上海：同济大学学报(自然科学版)，2013.03

[2]傅继阳．大跨度平屋面结构的气动抗风措施及其机理分析．暨南大学学报(自然科学版)，2007.02

[3]刘志英．大跨径悬索桥的风响应及抗风措施．广东公路交通，1998

科学小实验漩涡的原理范文第4篇

关键词：虹吸式雨水系统 数值分析 影响因素

Analysis of the Tail Tube ( Pipe ) Selection of Siphon System Affecting Factors

PanHao1,HUANG Xiao-jia2,3

（College of City Construction ,University of South China ,HengYang 421001;China IPPR Engincering Corporation;Beijing 100089;College of City Construction ,University of South China, HengYang, 421001)

Abstract: Our country since nineteen eighties began to introduce the use of siphon type system, especially after entering twenty-first Century widely used in the terminal building, exhibition hall, warehouse, office buildings, stadiums and other large span and complicated structure, roof, then the majority of engineering and technical personnel gradually in-depth study, the siphon system design essential factor spread out to discuss extensively in engineering applications, many areas have a more mature theory and experienceon .

Key words:siphonic roof drainage system;influence factors ; numerical simulation

前言

虹吸式屋面雨水排水系统作为一种新兴的雨水排水技术，因其具有高效、节材等优点，迅速在航站楼、展览馆、仓库、办公大楼、体育场等大屋面大体量建筑领域取代传统重力流屋面雨水系统【1～2】。，实践证明虹吸系统相对于重力式系统具有系统泄水能力大、悬吊管敷设无需坡度节省建筑空间、管径小、流速大排水迅速等诸多优点。本文后续文中会对影响虹吸（满管流）是否快速、顺利形成的各大因素作较为详细的综述。

1.虹吸式雨水系统

1.1 虹吸式系统流态变化和最小虹吸流量

虹吸式雨水系统由虹吸式雨水斗、连接管（尾管）、悬吊管、立管和过渡段组成，降雨过程中系统并不是全部在虹吸流态（压力流）下运行，重力流与虹吸流交换运行，整个过程需经历五种流态：波浪流、脉冲流、活塞流、泡沫流、满管流。

降雨初期，悬吊管内雨水为非满管流，表现为波浪流和脉冲流；系统处于重力流状态，排水效率低下，斗前水深迅速增加。随着降雨量的增大，斗前水深逐步加大，水流过渡到活塞流和泡沫流，并间歇式形成虹吸作用，产生瞬间抽吸作用，排水能力突然增大，斗前水深回落，系统又回落到重力式流态；这样经过一定时间后，斗前水深趋于稳定，形成稳定的虹吸满管流，此时排水能力已趋于饱和，不再有太大变化。降雨后期，雨水量减少，虹吸系统按逆方向经历上述阶段，最终在重力流运行下排除积滞的后期雨水。

降雨过程中，连接管（尾管）首先形成满管流，迅速启动小虹吸，“填充”悬吊管；而后悬吊管会依次经历以上所述的五种流态，最终到达满管流状态；悬吊管充分形成满管流后，雨水开始从顶端向下游段“填充”立管，当立管中无掺气（实际上，水汽比大于95%时，即可近似认为系统在无掺气满管流下运行），整个系统完全启动虹吸。

虹吸系统的顺利启动依赖于尾管、悬吊管和立管满管流形成的难易程度和快慢与否，尾管相对于整个系统为小管径，较为容易形成满管（虹吸）流；立管在悬吊管充分填充（水流）后，依靠立管高差具有的势能，转变为速度水头，“顺其自然”【5】启动整个系统形成虹吸。在虹吸式系统中，为凸显其经济优越性，悬吊管一般连接数量较多的雨水斗，以节省立管数量，工程实践表明，悬吊管长度最高可达150m，因此悬吊管能否迅速而便捷的实现满管流态，关系到整个系统的安全有效运行。悬吊管的填充速度和水平取决于尾管泄流而来的雨水流量，因此尾管能否正常形成最小虹吸流量，是整个虹吸系统设计关键中的关键。

1.2 系统流态的水力学分析

关于虹吸式雨水系统的虹吸启动原理，工程技术人员意见不一，但笔者发现多数研究工作者倾向于水跃机理，本文综合水力学关于水跃基本概念，对悬吊管满管流的形成过程进行粗略的分析。

1.2.1 水跃

水跃是水流从急流状态过渡到缓流状态时水面突然跃起的局部水力突变现象。水流从雨水斗进入连接管（尾管）后，泄流至尾管末端向水平悬吊管转弯处时，转弯处水团遇到阻力流速急剧改变，在悬吊管首端跃起。尾管越长，即雨水斗斗前水面与悬吊管中心处的高差越大，水流利用位置水头产生的流速水头越大，当在尾管转弯处突然改变流速时，水跃越高。

1.2.2五种流态的水力学（水跃现象）分析

水跃有多种形式，图1是几种常见的水跃形式。

据此可以结合虹吸雨水系统运行过程中的五种流态，对比进行粗略分析。在初始阶段，尾管泄流量少，表现为波状水跃，相应于图1中的波浪流。随着时间的推移，尾管泄流量逐步增加，水跃深度（h）缓慢增加，水跃沿悬吊管向下游传播，可认为整个水平管段上发生连续性水跃现象。当部分水跃深度达到管径大小时，形成局部满管流。此时水跃结果会形成图1中的脉冲流和活塞流，产生瞬间虹吸现象。当泄流量进一步加大，转弯处水跃以强水跃方式存在，水深迅速增加，充满悬吊管首端，并向下游传播，同时高速水流卷携气团随之流动，这种状态相当于泡沫流，当整个长度方向上的管段都填充满时，悬吊管形成满管流。分析可知，水跃深度能否达到管顶关系到悬吊管的填充效果，而尾管处的泄流量大小、泄流方式决定着水跃的强弱，水跃强则能迅速填充并形成满管流，水跃弱则难以产生高速水流携卷气团创造虹吸条件。

2.虹吸系统运行效果的影响因素

2.1 虹吸雨水斗型号

虹吸式雨水斗相比传统重力式雨水斗，增设挡水夹板，可最大限度阻止空气进入，并对进入雨水斗的雨水起整流的作用，促进系统排水管道呈满管流状态，从而在立管与悬吊管交汇点处形成最大负压，利用抽吸作用，产生虹吸。

系统运行初期，斗前水深较浅，漩涡将空气携入雨水斗，泄流量小。此时通过雨水斗的流量可按环形堰流计算【7】：

（1-5）

式中Q――通过雨水斗泄流量（m3/s）

µ――雨水斗进水口流量系数，取0.45

D――雨水斗进水口直径，m

h――雨水斗斗前水位，m

雨水斗泄流量与斗前水深的1.5次方成正比，降雨过程中，随斗前水深增加，雨水斗泄流量迅速增加。当雨水斗进水口前水位上升到一定高度时，排水口不再有掺气现象，排水管处于满流状态。不掺气雨水斗泄流量可按式（1-6）计算：

（1-6）

式中，Qd――雨水斗出水口泄流量，m3/s

µd――雨水斗进水口流量系数，取0.95

dj――雨水斗内径

H――雨水斗前水面至雨水斗出水口处的高度，m

H1――雨水斗排水管中的负压，m

2.2 连接管（尾管）长度

1.2.1节中从水力学（水跃）的角度解释了尾管长度对虹吸泄流能力的影响，尾管长度越长，则水跃越强，虹吸越容易启动。《规程》和VDI3806都规定了连接管（尾管）长度应>1m，意在有足够的作用水头可供利用，保证下泄量持续增加，形成虹吸所需要的最小虹吸流量。若尾管长度不够，则作用水头不足以产生最小虹吸流量，不能启动系统形成虹吸，造成斗前水深持续升高，有屋面溢流风险。但考虑建筑物的有效空间，尾管长度（悬吊管安装高度）不宜布置太大，以免造成空间有效高度的浪费。

2.3 连接管（尾管）管径

实验方案措施：VDI在总结尾管管径分别为DN70、DN100、DN125条件下大量运行数据，绘制了最小流量曲线图，但并没有给出外推大管径（DN≥150）条件下最小虹吸流量的依据和方法，可能具有较大的误差。

本实验拟利用惠通实验条件，完成管径分别为DN50、DN70、DN100和DN125的最小虹吸流量实验，并对比VDI小管径下曲线，进行比对和校核。拟运用模拟实验，采取两种方案：

方案一：国内有学者【8】根据VDI提供的小管径数据，对曲线采集数据点进行了数字化拟合，获得了回归较为精确的相关函数及其系数，然后代入大管径求得相应最小虹吸流量。其优势在于曲线方程化，有利于计算机编程直接选用，降低了人工读数的误差，提高计算效率。但是，VDI曲线绘制的是离散点，该文献直接利用少数几个离散点进行函数拟合，并外推至大管径，较为欠妥，且实质上也只是对VDI数据的简单处理。

方案二：直接在小管径基础上，运用Fluent，直接进行水力学模拟计算。但从VDI的曲线趋势上可以看出，大管径条件下系统运行工况已有很大差别，此时若利用小管径条件下的设计参数，对系统进行模拟计算，可能产生一定的误差。

以上两种方案，都是在前期小管径基础上，运用流体力学计算软件，进行后期处理，推求大管径虹吸状态工况，有“半经验半理论”的特点，因为模拟实验不能考虑全部不可预见因素，对某些参数需进行理想化或假设，因此都具有一定的误差。但这两种方案，都是在VDI基础上的进一步研究，具备一定的现实意义。

2.4悬吊管长度

虹吸式雨水系统要在满管流状态下才能以压力流的形式运行，具体过程前面已有分析，这里不再赘述。尾管满管后形成小虹吸，迅速填充悬吊管，悬吊管充满前，系统整体依然处于重力流态下运行，排水能力有限。悬吊管越长，则填充时间越长，则要求屋面天空调蓄容积越大。若悬吊管太短，则不符合“虹吸系统悬吊管连接雨水斗数量不受限制，可节省立管数量”的经济性原则。所以，悬吊管的长短，会影响尾管的填充速度和效果。

3.实验设计初步思路

水力实验平台以惠通虹吸式雨水排放系统模拟为装置，以流体力学计算软件（Fluent）、高等数学、流体力学、水力学基本原理。以最小虹吸流量（即立管恰好出现满管流）作为主导评判性标准，以形成虹吸所需时间为参考性标准，重点研究尾管不同长度、管径、连接方式对系统工况下最小虹吸流量的影响效果，综合运用水力实验平台和模拟实验平台全面校核VDI3806最小虹吸流量曲线，尤其是通过实验研究获得较为精准的大管径外推值；最后，运用实验条件，展开对不同雨水斗型号和尾管运行工况的关系研究。

3.1 实验手段和方法：

水力实验平台：虹吸式雨水排水系统测试方法可分为静态试验和动态试验【4】【9】。静态试验为关闭系统上控制阀门，启动放水系统，待配水槽水位达到一定深度时（如300mm），停止进水，打开控制阀门，测试随时间变化的虹吸工况。静态试验相当于模拟虹吸系统的逆运行过程，系统将依次经历虹吸满管流、水塞流、泡沫流和脉冲流（此处会形成间歇式虹吸现象，水位急剧下降）、波浪流。静态试验可测定雨水系统在不同斗前水深下的最大排水能力。动态试验则先开启控制阀门，调节进水系统开度，模拟降雨过程，逐步增大进水量，观看系统流态变化，记录管内流量变化，测定立管刚形成满管流时的最小虹吸流量。

模拟实验平台：以流体力学和水力学相关原理为理论基础，以水力实验所测数据为实践基础，结合系统管材及部件等性能参数，运用Fluent进行水力学模拟，研究大管径（DN≥150）及小管径范围内的虚拟管径（如DN60、DN80）下尾管对系统最小虹吸流量的影响；在水力实验受限制的条件下，模拟悬吊管极限长度（如0.37m、1.65m）以及雨水斗不同型号对系统工况（最小虹吸流量）的影响。

3.2 实验进程计划

继续大量越读相关规范和文献，深化对虹吸系统原理的认识，同时深入学习Fluent，论证水力学模拟的可行性和准确性。进一步同惠通进行沟通，了解惠通已有实验条件（如雨水斗型号、尾管管径、尾管长度、尾管连接方式、悬吊管和立管型号等），设计实验平台。

3.2.1 选用静态试验方法，测试系统运行工况

（1）改变尾管长度，测定最小虹吸流量

（2）改变尾管管径，测定最小虹吸流量

（3）改变尾管连接方式，测定最小虹吸流量

（4）根据尾管管径和系统整体尺寸，选用不同型号的雨水斗，完成雨水斗对虹吸运行工况的影响测试。

3.2.2 模拟实验

（1）根据水力学原理和前期实验数据，运用Fluent对大管径进行系统计算模拟，或完善小管径范围内的最小虹吸流量关系曲线（如模拟虚拟管径条件下的最小虹吸流量，以使原来的离散点接近于连续化）。

（2）若惠通雨水斗型号有限，则可进一步运用Fluent软件对模拟雨水斗不同型号（尺寸）对系统最小虹吸流量的影响。

3.2.3 后期处理

按2.4节所述两种方案进行后期数据处理，比选两种方案下外推大管径最小虹吸流量曲线的可靠度和精确度；总结前期水力学和模拟实验成果，系统化实验数据，提出较为完整的理论成果总结。

参考文献

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[6] Siphonic Roof drainage Association:2007. A guide to Siphonic Roof Drainage.

科学小实验漩涡的原理范文第5篇

[关键词] 静脉留置针；脉冲式冲管加正压封管；记录单；并发症；静脉炎

[中图分类号] R472 [文献标识码] C [文章编号] 1673-7210（2014）02（a）-0100-03

Application of venous indwelling needle nursing records in patients with venous indwelling needle

CHENG Youhua WANG Qun GONG Changzhi

Department of Nursing， Huanggang Hospital of Traditional Chinese Medicine， Hubei Province， Huanggang 438000， China

[Abstract] Objective To discuss the effect of pulsed washing and impulse type of positive pressure seal tube combined with application of nursing record used in venous indwelling needle on the incidence of complications and indwelling time. Methods 2763 hospitalized patients were randomly divided into control group （n = 1298） and experiment group （n = 1465）. The control group was only used pulsed washing and the impulse type of positive pressure seal tube， the experimental group was used pulsed washing and the impulse type of positive pressure seal tube， combined with the application of nursing record. Then the incidence of complications and indwelling time were compared between two groups. Results There were statistically significant in the incidence of complications and indwelling time of 7 days between the two groups （P < 0.01 or P < 0.05）， which in the experiment group were better them the control group. Conclusion The application of pulsed washing and the impulse type of positive pressure seal tube can reduce the incidence of phlebitis， and it can obviously reduce the complications such as phlebitis， pipe sliping， pipelineplugging， extend the indwelling time， when combined with application of nursing record. The method is easy to use and effective.

[Key words] Intravenous indwelling needle； Pulsed washing and the impulse type of positive pressure seal tube； Nursing record； Complications； Phlebitis

静脉穿刺留置针技术是静脉给药、临床输血、输液、测定中心静脉压等的重要手段[1]。静脉留置针又名套管针，具有管道柔软、不易刺破血管、避免反复穿刺、易于固定、方便抢救等优点。临床常见的并发症有留置针脱落、堵塞、液体渗漏、皮下血肿、静脉炎等[2]，其中，静脉炎是最常见且较严重的并发症[3]。一旦发生会增加患者痛苦，延长住院时间，增加医疗费用，造成医疗资源浪费，引发纠纷。为避免或减少留置针并发症发生，2007年5月湖北省黄冈市中医医院（以下简称“我院”）针对留置针部分使用患者，采用脉冲式冲管加正压封管技术联合应用自行设计的静脉留置针护理记录单[4]（以下简称“记录单”），从技术和管理角度进行全过程护理干预，对预防留置针并发症发生取得较好效果，具体报道如下：

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2007年6月～2009年5月在我院留置静脉留置针穿刺治疗的住院患者。纳入标准：患者神清；血常规及凝血时间正常；无血栓、血液系统疾病；均选择前臂和手背较粗直的血管进行留置静脉留置针；患者对本研究知情同意。符合标准者男1560例，女1203例，年龄3～76岁，平均（37.5±3.5）岁。按其入院的先后顺序，分为对照组（1298例）和实验组（1465例），分别采用脉冲式冲管加正压封管和脉冲式冲管加正压封管联合记录单应用。两组患者年龄、性别、文化程度、职业类别、原发疾病、住院天数等方面比较，差异无统计学意义（均P > 0.05），具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 封管方法 对照组采用脉冲式冲管加正压封管[5]，即取5 mL封管液，推一下停一下，每推注0.2 mL暂停1 s，再推注0.2 mL，且边推边旋转退出针，当针退出2/3时，封管液剩下约1 mL，在推注状态下夹住留置针上的小卡夹，再将少量封管液推注至推不动时拔针。封管液为无肝素使用禁忌者予以5 mL肝素盐水（50 U/mL）封管，有肝素禁忌者使用生理盐水封管，肝素盐水，q 12 h，封管1次，生理盐水，q 8 h封管1次。如无并发症发生，尽量一次性延长留置针在血管内的留置时间为7 d，如已发生并发症或有并发症征兆，应立即拔除重新穿刺。实验组采用脉冲式冲管加正压封管技术联合应用记录单。

1.2.2 记录单使用方法 记录单的眉栏包括病区、床号、姓名、性别、年龄、住院号、诊断，内容包括日期、穿刺日期、穿刺时间、穿刺部位、穿刺者、留置天数、贴膜情况（正常、污染、松动）、局部反应（正常、红肿）、接液时间、管道通畅（通畅、堵塞）、封管（封管液、时间、签名）、拔管（时间、签名、原因）、其他，要求各班护理人员严格交接班，加强观察，认真记录。

1.2.3 干预方法 组织科室护理人员按本次研究要求统一培训，认真学习留置针穿刺及护理相关知识，熟悉留置针穿刺和封管技术要点，知晓记录单内容、观察要点、记录方法。统一选择美国BD公司生产的24G、22G、20G、18G静脉留置针及3M公司生产的6 cm×7 cm无菌透明敷贴。

1.2.4 评价方法 统计与研究相关的主要性能指标，包括对照组和实验组留置针的留置天数、并发症发生例数、静脉炎发生率、堵管发生率、液体渗漏发生率、皮下血肿发生率、静脉留置针脱落发生率、记录单书写的正确率和完整率。其中，静脉炎诊断标准参照美国疾病预防与控制中心（CDC）推荐判定标准[6]：下述症状中，符合其中一项就可判定：水肿和红斑> 4 mm；触痛；静脉呈明显条索状；局部疼痛或发热。

1.3 统计学方法

采用SPSS 13.0统计学软件进行数据分析，计数资料用率表示，组间比较采用χ2检验，以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 并发症发生情况比较

并发症包括静脉炎、堵管、液体渗漏、皮下血肿、静脉留置针脱落，与对照组比较，实验组并发症发生率均明显降低（P < 0.01）。见表1。

表1 两组并发症发生情况比较[n（%）]

注：与对照组比较，*P < 0.01

2.2 两组留置针成功留置情况比较

分别记录两组1～7 d中每天留置针成功留置例数，与对照组比较，实验组第6、7天留置针成功留置率明显提高（P < 0.05）。见表2。

3 讨论

3.1 静脉留置针使用利弊及并发症发生原因

静脉留置针在20世纪60～70年代已在欧美国家普及，目前国内许多大医院已将留置针作为临床静脉输液的主要工具[7]。静脉留置针以其居多的优点广泛应用于临床，与普通钢针相比，具有易于固定、避免重复穿刺等优点；相对于经外周中心静脉置管及深静脉置管而言，具有价格低廉、维护方便、操作程序简单、易于被医护人员和患者接纳等优点，而深静脉置管容易发生导管相关血流感染等并发症，严重者甚至危及生命，但是静脉留置针少有此类报道。国内研究统计数据表明，使用静脉留置针时静脉炎发生率达2%～26%[8]，发生原因主要与穿刺部位、药物性质与输液量、穿刺技术、管理技术、留置针留置时间等因素有关[9]。本研究对照组通过改良传统封管方法为脉冲式冲管加正压封管方法，静脉炎发生率为3.7%。本研究发现，烧伤科患儿中3～8岁儿童的留置成功率高，而1个月～3岁婴幼儿期留置成功率低，与张莉莎等[10]关于小儿静脉留置针留置失败原因一致。结合本院护理不良事件调查发现，因静脉留置针管理不到位发生的相关并发症和护理投诉位居首位，分析原因发现管道脱落、堵塞、液体渗漏、皮下血肿等并发症与护士操作不当、观察不到位、责任心不强、护理监管不到位有关，护理人员对使用中的留置针缺乏系统管理，部分护士缺乏工作责任心和慎独精神，导致患者及家属不满意。另外，留置针护理没留下相关记录，当护理纠纷发生时常缺乏有力的证据。因此，针对常规封管方法静脉炎发生率高和留置针留置期间监管不利导致针管脱落、堵塞、渗漏发生率高，试图摸索一套从技术和管理两方面进行综合干预方案，以达到规范护士操作、改进护理管理方法、加强监管责任心的目的。

3.2 脉冲式冲管加正压封管方法联合记录单应用原理及效果

采用脉冲式冲管加正压封管技术，可使冲管溶液在留置针导管和导管附近血管内形成小漩涡[11-12]，冲击管壁，利于冲尽导管内附壁血液及残留药物，减少了药物在局部血管的滞留时间，减少化学性静脉炎的发生[13-15]。本研究中对照组1298例，其中48例发生静脉炎，发生率为3.7%，实验组1465例使用脉冲式冲管加正压封管技术及静脉留置针护理记录单应用干预，发生静脉炎9例，发生率为0.6%，与对照组相比，使用静脉留置针时静脉炎发生率下降3.1%，与国内文献报道的静脉炎发生率2%～26%相比[13-14]，其并发症发生率明显减少；留置针7 d成功留置率分别为94%和79%，与我国有相关报道，静脉留置针可留置5～7 d[16-19]一致。记录单的应用，使护理人员心中形成了留置针使用与管理的固定模式，在工作中自觉做到勤巡视、勤观察、勤宣教、定时封管、及时记录，大大减少了因工作上的疏漏导致的意外拔管、管道堵塞、液体渗漏、皮下血肿等并发症，减少了医疗纠纷。记录单明确了各班职责，反映了各班的护理行为，责任界限明确，利于班次间相互提醒、监督，为防范差错发生起到了很好的作用，当纠纷发生时更能提供有力的证据。同时，为护理管理者提供管理依据，对护士使用留置针的过程做到有章可循、有据可查。记录单设计简洁，明了，全部为表格式，记录方便、快捷。

总之，脉冲式冲管加正压封管技术联合记录单应用优于单一的脉冲式冲管加正压封管技术，能明显减少并发症发生，延长留置时间，它是目前使用、管理、维护、记录静脉留置针的最好方法之一，且方便简单，易于实行，值得在基层医院推广应用。

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