科學小實驗漩渦的原理

前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇科學小實驗漩渦的原理范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。

科學小實驗漩渦的原理范文第1篇

關鍵詞：自然科學知識；診斷學；教學應用

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2013）07-0096-03

為進一步加強醫學教育工作，提高醫學教育質量，教育部、衛生部在《關于加強醫學教育工作提高醫學教育質量的若干意見》文件中明確要求：要積極進行課程體系改革，構建人文社會科學知識、自然科學知識與醫學知識相結合，基礎醫學與臨床醫學相結合的知識、能力、素質協調發展的新型課程體系。

《診斷學》是臨床醫學各專業的“橋梁”課程，對醫學基礎知識要求高，知識點多，并且要求學生培養一定的邏輯思維能力，為在今后臨床各學科學習中廣泛、合理地應用打下基礎。單純的理論講解，課堂氣氛沉悶，學生學習興趣不高，對知識的理解不透，即使通過死記硬背，暫時能記住一些基礎知識，今后也容易忘記或混淆，更不可能在臨床應用中做到有條理地分析、判斷。

筆者在多年的《診斷學》教學過程中，大膽嘗試將自然科學知識，特別是將日常生活常識融入教學，把深奧而復雜的專業知識轉化為簡單的自然科學知識或耳熟能詳的生活常識，以淺顯的常識性知識來幫助學生對一些醫學基礎知識和診斷學知識的理解、記憶、應用，既能活躍課堂氣氛，提高學習興趣，同時又能提升教學質量，事半功倍。

就如何將自然科學知識融入《診斷學》教學，筆者舉出以下三個實例。

以自然科學知識固化學生記憶

膠體滲透壓與晶體滲透壓的作用 在生理學課程中，學生已經學過膠體滲透壓與晶體滲透壓。但是，在學習《診斷學》課程“水腫” 章節時，學生對膠體滲透壓與晶體滲透壓的作用仍然認識不清。此時，以“蛋糕吸水”和“食鹽滲水”的生活常識為例：將蛋糕放在桌面上，可以把桌面的殘水吸進去；用報紙包住食鹽，過一段時間報紙會變濕。以此類推：膠體滲透壓—蛋白質—蛋糕—吸水作用；晶體滲透壓—鈉鹽—食鹽—排水作用。應用肝源性和腎源性水腫的分析：肝硬化—蛋白質合成能力下降—血管（外周血）中蛋白質不足—膠體滲透壓下降—從血管外（組織液）吸收水分能力下降—組織液回流少—組織液增多（水腫）；腎小球腎炎—尿量減少—血管（外周血）中水鈉潴留—晶體滲透壓增加—往血管外（組織液）滲水增多—組織液增多（水腫）。

支氣管呼吸音與肺泡呼吸音的特點 學生在學習“三種呼吸音”時，往往會把支氣管呼吸音和肺泡呼吸音到底誰是“夫”音誰是“哈”音混淆。此時，可以讓學生做一個簡單的實驗：先張大嘴巴呼氣，聽聽是什么聲音；再縮唇呼氣，聽聽是什么聲音。張大嘴巴呼氣只能是“哈”音，縮唇呼氣一定是“夫”音。以此類推：支氣管呼吸音—氣流通過大管腔—張大嘴呼氣—“哈”音；肺泡呼吸音—氣流通過小管腔—縮唇呼氣—“夫”音。甚至還可以再讓學生撅嘴呼氣（吹口哨），這就是氣體通過狹窄氣道產生的聲音（干啰音）。通過這個小實驗，學生會對哪個是“夫”音哪個是“哈”音加深印象。

以自然科學知識

加深對理論知識的理解

心臟雜音的形成機制 首先告訴學生：雜音的形成機制與河道中形成漩渦的機制是一樣的。當河水平緩流動時，柔和水流聲就如同正常血流循環的血流聲，當河道中形成漩渦后產生異常響度的聲音就好比心臟雜音。此時，可以讓學生先討論，河道在什么情況下可以產生漩渦？然后根據學生的思路，加以歸納總結，完成對心臟雜音形成機制的理解。例如：水流越急，越容易形成漩渦；那么，血流速度越快（運動后、貧血、甲亢），越容易產生雜音。河道突然變窄，漩渦越多；那么，瓣膜口狹窄，越容易產生漩渦。河道中間的大石頭旁漩渦很多；那么，血管內有漂浮物、贅生物可形成雜音。有水流返流或異常水流的河道口漩渦最明顯；那么，瓣膜關閉不全、室間隔缺損等亦可形成雜音。

呼氣相與吸氣相的時相長短 當平靜呼吸時，由于吸氣是呼吸肌運動的主動過程，所以氣體進入人體時急而快，而呼氣主要是靠肺泡表面的彈性作用被動壓縮，所以氣體排出人體時緩而慢。因此，對于一次正常的呼吸運動來說，不管聽診部位在什么地方，它的吸氣時相均短于呼氣時相。

但是，為什么在體格檢查時會出現“支氣管呼吸音的吸氣相短于呼氣相，而肺泡呼吸音的吸氣相大于呼氣相”呢？此時，可以讓學生回憶并描述自行車輪胎或籃球放氣時的情景：氣門芯一拔，“瞿”的放氣聲音很響，然后隨著輪胎或籃球癟下去后，“瞿”的聲音越來越小，甚至聽不到。但此時，如果沾點水涂在氣門口上，會發現還有小氣泡形成，這說明還有漏氣存在。為什么有漏氣卻聽不到聲音？是氣流較弱造成的。回到呼氣相與吸氣相的時相長短問題上：當我們在肺組織處進行聽診時（肺泡呼吸音），小肺泡排出部分氣體后，肺泡變松弛，呼出的氣流逐漸變得越來越小，產生的呼氣音也就越來越弱，甚至聽不到。所以，對于聽診者來說，肺泡呼吸音的呼氣時相“聽”起來要比吸氣相短。而大支氣管部位是整個呼吸氣體進出的總關口，所以在喉部等大氣管處聽到的呼吸音（支氣管呼吸音）是所有肺泡呼氣的總和，所以它的呼氣相“聽”起來就要長很多。

以自然科學知識

提高專業知識應用能力

第一心音改變的臨床意義 先讓學生明確：第一心音是由二尖瓣、三尖瓣同時關閉時所產生的聲音，正如教室前后有兩扇門，當這兩扇門同時關閉時，人們聽到的關門音。所以，第一心音的強弱與關門聲音的大小同理。此時，可以引導學生討論，這關門聲音的強弱與什么因素有關呢？根據學生的思路，加以歸納總結，給出影響第一心音強弱的因素：（1）門的質地。同等條件下，彈性好的鐵門要比爛木頭門產生的聲音要大。所以，瓣膜彈性降低，第一心音會減弱。（2）力量的大小。一個3歲的孩子和一個年輕力壯的青年人，同樣用自己最大的力量去關門，誰關門的聲音大，誰關門的聲音小，這是毋庸置疑的結論。所以，心肌收縮力越大，第一心音越強。（3）關門時遇到的阻力大小。當一個人在用最大力量關門時，門遇到了一股很強的逆風（阻力），這時，關門的聲音肯定會弱。所以，當心室舒張末期的充盈度增多時，心室肌收縮后受到的阻力增大，瓣膜關閉產生的聲音就變小，第一心音減弱；反之，第一心音增強。最后，學生需注意一點：在以上三個因素中，“門的質地（瓣膜彈性）”和“力量大小（心肌收縮力）”相對比較穩定，即時變化比較大的往往是“遇到的阻力（心室舒張末期的充盈度）”。在此基礎上，再啟發學生完成以下討論，幫助學生準確、快速、并且牢固地判斷第一心音改變的臨床意義：（1）為什么二尖瓣狹窄時，第一心音增強？當二尖瓣狹窄時第一心音減弱，又說明什么情況？（2）早搏時第一心音有何變化？（3）心房纖顫時第一心音有何變化？

肺部呼吸音聽診的臨床意義 在“肺部呼吸音聽診”的學習過程中，很多學生會感到疑惑：肺實變時密度增大，呼吸音增強，但為什么胸腔積液時密度也增大，呼吸音卻減弱？同樣，胸腔積氣時密度減小，呼吸音也是減弱？此時，讓學生先思考三個自然現象：（1）實驗者用手指敲桌子，甲站在桌子旁1米聽聲音，乙離敲擊點1米用耳朵緊貼桌面聽聲音，哪個人聽到的聲音更大？為什么？——乙聽到聲音更大，因為桌子介質的密度比空氣介質的密度大，聲波在桌面的傳播比聲波在空氣中的傳播強。（2）實驗者在河岸邊喊話，甲在岸上2米處聽，乙在水面下2米處聽。哪個人聽到的聲音更大？為什么？——甲聽到聲音更大，因為聲波要傳播到水面下，經過了空氣和水兩種介質，在進入水介質時，聲波經過了反射和折射，導致聲波減弱。（3）實驗者在教室內喊話，甲在教室內3米處聽，乙在教室外3米處聽（隔著一層玻璃），哪個人聽到的聲音更大？為什么？——甲聽到聲音更大，因為經過一層玻璃的反射后，雖然都是經空氣傳播，但聲波已經被大大減弱。這三個實驗其實就分別是肺實變、胸腔積液、胸腔積氣呼吸音的臨床變化。

結語

現代醫學屬于自然科學范疇。在復雜的醫學理論中，有很多原理、特點與自然科學規律是相通的。作為醫學教育工作者，課堂教學不單單是講授專業知識，教會學生如何學習，同樣是一個重要任務。對于學生來說，自然科學知識通俗易懂，好理解、好記憶、好應用。將自然科學知識融入現代醫學理論的學習，可以舉一反三，事半功倍。

參考文獻：

[1]陳文彬，潘祥林.診斷學[M].北京：人民衛生出版社，2010：2-3.

[2]徐澤宇.基于任務驅動的高職人才培養模式研究[D].東華理工大學，2012：39-40.

[3]李廣元.診斷學基礎學習指導與習題集[M].北京：人民衛生出版社，2010：39-40.

科學小實驗漩渦的原理范文第2篇

周末坐在客廳的沙發上,雙腳踩著一條絳紫色漩渦花紋編織地毯在客廳看電視劇;廣告的空擋,蹬上地毯去廚房拿瓶啤酒;電視劇結束,蹬上地毯出門透口氣。你只需要站在地毯上,彎曲雙膝,靠身體的傾斜控制飛行的方向。而飛行的距離、高度、乘客的體重、飛毯前進時振動的幅度都事前計算好了,不用擔心司機是剛拿到本兒的新手,不用擔心耗油,不用擔心超速和堵車,也不用擔心沒有停車位,唯一要擔心的就是自己的衣服和地毯的顏色是否搭配。

乘坐地毯飛行不需要面對一大堆儀表、離合器和剎車,也不用依靠螺旋槳、渦輪機等引擎,它的引擎就是空氣,控制方向的是自身重心的位移,這更像是玩一次“體感游戲”。另外,地毯可以在空中鳥瞰,這還省下了安裝GPS認路的錢。

飛毯已經從《一千零一夜》里飛出來,降落在現實世界。在哈佛大學的應用數學實驗室中,印度裔的教授拉克斯銘亞南•馬哈德溫(Lakshminarayanan Mahadevan)利用流體力學、伸縮算法等科學原理,讓飛毯上演了其在現實世界中的“處女秀”。

仿照鰩魚造飛毯

“這絕對沒有違反物理規律”,數學家和物理學家們的研究發現,一張薄片可以在水中浮動,并且向前漂移,他們的思緒立即轉移到流體力學的另一個研究對象上――空氣。這些科學家們認定了飛毯是可行的:“空氣動力應該有可能讓毯子保持在高處”。

不過,有關飛毯的大部分研究是在水中進行的。第一個用作實驗的模型居然是人體。如果把游泳的人看做“飛毯”,那么他們是靠什么引擎推動前進的呢?馬哈德溫教授計算了游泳的人在揮臂劃水時,度、粘稠度和肌肉的運動等因素,得出一套“水中飛毯”振幅與振動次數的公式。公式進一步證實了飛毯的可行性。

馬哈德溫教授也一直在自然界中尋找飛毯的佐證。別忘了,飛機、直升機、地效飛行器這些“飛毯”的近親都是“仿生大戶”。仿生對象在鳥類、綽號“西班牙舞者”的海蛞蝓和鰩魚之間角逐。而飛毯選擇了鰩魚,這種長得像扁平的烙餅,游動時將2700米的深海橫向“剖開”的軟骨魚類。“鰩魚沒有魚鰾,必須利用波動身體,同時產生上升和前進的動力,扁平的身體通過改變波形、波頻、波長和波的傳播方向等來控制前進的速度和方向,飛毯的原理也和它差不多。”馬哈德溫教授表示,飛毯自身既是座椅,又是引擎。

用什么材料制作“引擎”,著實費了馬哈德溫教授和他的伙伴們一番功夫,誰都知道輕薄柔軟對毯的重要性,但使用阿拉伯民間故事中的綠色絲綢顯然不太現實。馬哈德溫教授嘗試了高分子聚合物、金屬薄片,然而,彈性和摩擦力的實驗失敗了。另一個團隊利用大鼠的肌肉細胞作為動力,仍沒有成功。飛毯的材料既要隨著電信號波動,還要有柔軟的韌性,能抵抗振動時產生的摩擦力。基于這個要求,馬哈德溫教授決定試試復合材料――一種涂上金屬襯箔的輕薄纖維織物,被稱為“智能聚合物”,可以隨著電信號產生起伏波動。“這的確起效了”。

4厘米長,0.1毫米厚的毯子漂浮在空中,每秒震動大約10次,振幅大約為0.25毫米。根據復合材料制成的“飛毯”的質量、空氣的密度、乘客的重量、飛行的距離,馬哈德溫教授計算出“飛毯”首飛的參數,輸入地毯中,讓試飛的地毯就像一張實時接收信號的智能薄膜。然而,首張飛毯只有紙幣大小,首位“阿拉丁”當然不是馬哈德溫教授,而是一只螞蟻。

顛簸問題未解決

“如果你想平穩地漂浮在空中,你可以讓毯子產生較小的起伏,但是你前進的速度會很慢。”馬哈德溫教授在接受《自然》雜志采訪時,解釋了讓螞蟻成為首位乘客的無奈。顯然,現在飛毯還不能作為載人飛行器。

科學小實驗漩渦的原理范文第3篇

關鍵詞：超高層房屋建筑；纜索體系橋梁；氣動抗風措施

中圖分類號：TU208文獻標識碼： A

氣流繞過房屋或橋梁截面時，發生相互作用而產生空氣作用力，而截面氣動外形的改變勢必會影響到空氣力，因此，改善氣動穩定性的途徑之一是通過改善斷面的外形來減小氣動力，即氣動措施抗風，也稱空氣動力學措施。

1. 超高層房屋建筑的氣動抗風措施

1.1 選擇合理的建筑截面形狀

不同截面形狀的高層建筑有不同的氣動特性。方形截面高層建筑的橫風向荷載最大；矩形截面高層建筑隨著厚寬比的增大扭轉向風荷載變得不容忽視；隨著正多邊形截面邊數的增多，結構的荷載變小；應關注不規則復雜截面的扭轉風荷載；當建筑的初步設計方案不能滿足結構抗風要求時，可以和建筑設計協調，通過對基本建筑截面采取適當的氣動措施處理，使建筑結構滿足抗風設計要求。

1.2 矩形截面角部處理措施

在建筑角部設置擾流板的氣動措施一般能夠減小建筑的橫風向荷載和響應，但是由于設置擾流板增大了建筑順風向的迎風面積，可能導致建筑物順風向荷載增大，所以該類氣動措施要謹慎使用。切角、凹角、圓角等角部修正措施能夠有效地減小結構橫風向風致效應。10%的角部修正率可能是較好的選擇，5%的角部修正率能夠有效地防止高層建筑的氣動不穩定性。

1.3 建筑截面沿高改變

1.3.1 錐度化與階梯縮進

對矩形截面高層建筑采取沿高度階梯收縮的抗風措施時，只有當階梯收縮的總高度大于未收縮的高度時，階梯收縮才能顯著地減小結構的風荷載。錐度化措施延長了來流在建筑物側風面漩渦脫落的卓越頻率，導致橫風向力系數功率譜峰值小幅下降；隨著建筑物錐度比的增加，橫風向氣動力譜峰值下降，功率譜帶寬增大，力系數根方差減小。錐度化與階梯縮進使側面的風壓譜帶變寬，峰值頻率隨著高度而變化，使風譜沿高度的相關性降低；但隨著錐度比的增大，由于建筑頂部剛度逐漸變小，建筑頂部橫風向的風振響應可能增大。錐度化與階梯縮進氣動措施能夠有效地減小高層建筑的橫風向荷載，但由于剛度縮減，有時可能會導致頂部的加速度響應不能滿足舒適度的要求。

1.3.2 截面沿高度旋轉

橫截面沿高度旋轉能減小建筑結構的阻力，能夠降低橫風向振動，顯著地改善三角形截面高層建筑的平均、脈動及峰值風壓系數以及三分力系數，使建筑結構旋渦脫落沿高度變得不規則，減小了結構的橫風向響應的橫風向風力。截面沿高度旋轉氣動措施能夠減小橫風向的氣動力，但可能增大建筑表面的局部風壓。

1.4 建筑立面開洞

建筑立面開洞通過破壞漩渦脫落強度以及規律性，同時減小建筑迎風面面積，能夠同時減小高層建筑橫風向與順風向的風荷載。開洞方式有迎風面單向開洞，側風面單向開洞與四面雙向開洞三種方式。其中四面雙向開洞效果最優，在建筑上部開洞效果較好，而在建筑下部開洞效果較差。開洞處局部風壓可能增大。

1.5 大跨懸挑建筑面開槽

對大跨度懸挑平屋面結構，屋面用一個有懸挑部分的正方形屋蓋結構進行模擬，在模擬結構上開槽，在風洞實驗室進行試驗，結果顯示該氣動抗風措施可以有效地干擾錐形渦的形成，從而使屋蓋相應區域的平均風荷載值大大降低。

2. 橋梁工程的氣動抗風措施

2.1 加勁梁采用流線型扁平箱型截面形式

這種截面形式具有良好的氣動外形，抗力系數大大減小，從而顯著減小了風荷載；另外，箱型截面抗扭剛度大，加大了扭轉振動頻率和彎曲振動頻率的比值，提高了彎扭耦合振動的發振風速，和非流線型截面不同的是這種流線型截面可以求出相當精確的風力，這種流線型箱型截面已成為目前橋梁抗風設計的主要措施之一。

2.2 加勁梁采用接近流線型的箱型截面形式

這種截面形式可以顯著減小風荷載，風顫振的性能也較好，兩個箱梁間留有空隙，能調節截面周圍的氣流狀態，提高抗顫振的能力。

2.3 加勁梁采用桁架截面形式

該截面形式的發振風速可超過基準值，渦流激振動也較輕微，但與流線型截面相比迎風面積大，抗力系數較大，風荷載大。當攻角較大時，仍有發生渦流激振的可能。

2.4 邊緣風嘴措施

在加勁梁截面兩端設置風嘴，可以改善氣流繞流的流態，減小渦脫，使截面趨向流線型。這種措施能有效提高懸索橋的顫振穩定性，而且風嘴的尖端角度越小，對顫振穩定性的改善越大；而在尖端角度相同的情況下，尖端長度較大的風嘴的氣動性能就越好。

2.5 分離箱梁方案

分離式箱梁設計，實際上是箱梁中心開槽思想的拓展，即通過分離箱梁間的開放空間增加透風率，減小加勁梁頂底面的空氣壓力差從而增加氣動穩定性。同時這一方案保持了傳統閉口箱梁結構的優點，如空氣阻力系數小、渦振性能好等。這種方案對提高超大跨徑懸索橋的抗風穩定性是卓有成效的。隨著箱梁間距離的增大，顫振臨界風速隨之明顯上升。

3. 結語

本文從房屋建筑和橋梁工程兩個領域較系統地總結了降低結構物橫風向荷載和響應的主要氣動抗風措施，對各種措施的控制原理和特點進行了簡要的評述；本文是對大量的文獻資料進行查閱并對氣動抗風措施進行匯總，為類似的超高層房屋建筑和超大跨徑橋梁工程建設中的抗風設計及施工提供參考。

參考文獻：

[1]顧明，張正維，全涌．降低超高層建筑橫風向響應氣動措施研究進展．上海：同濟大學學報(自然科學版)，2013.03

[2]傅繼陽．大跨度平屋面結構的氣動抗風措施及其機理分析．暨南大學學報(自然科學版)，2007.02

[3]劉志英．大跨徑懸索橋的風響應及抗風措施．廣東公路交通，1998

科學小實驗漩渦的原理范文第4篇

關鍵詞：虹吸式雨水系統 數值分析 影響因素

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統作為一種新興的雨水排水技術，因其具有高效、節材等優點，迅速在航站樓、展覽館、倉庫、辦公大樓、體育場等大屋面大體量建筑領域取代傳統重力流屋面雨水系統【1～2】。，實踐證明虹吸系統相對于重力式系統具有系統泄水能力大、懸吊管敷設無需坡度節省建筑空間、管徑小、流速大排水迅速等諸多優點。本文后續文中會對影響虹吸（滿管流）是否快速、順利形成的各大因素作較為詳細的綜述。

1.虹吸式雨水系統

1.1 虹吸式系統流態變化和最小虹吸流量

虹吸式雨水系統由虹吸式雨水斗、連接管（尾管）、懸吊管、立管和過渡段組成，降雨過程中系統并不是全部在虹吸流態（壓力流）下運行，重力流與虹吸流交換運行，整個過程需經歷五種流態：波浪流、脈沖流、活塞流、泡沫流、滿管流。

降雨初期，懸吊管內雨水為非滿管流，表現為波浪流和脈沖流；系統處于重力流狀態，排水效率低下，斗前水深迅速增加。隨著降雨量的增大，斗前水深逐步加大，水流過渡到活塞流和泡沫流，并間歇式形成虹吸作用，產生瞬間抽吸作用，排水能力突然增大，斗前水深回落，系統又回落到重力式流態；這樣經過一定時間后，斗前水深趨于穩定，形成穩定的虹吸滿管流，此時排水能力已趨于飽和，不再有太大變化。降雨后期，雨水量減少，虹吸系統按逆方向經歷上述階段，最終在重力流運行下排除積滯的后期雨水。

降雨過程中，連接管（尾管）首先形成滿管流，迅速啟動小虹吸，“填充”懸吊管；而后懸吊管會依次經歷以上所述的五種流態，最終到達滿管流狀態；懸吊管充分形成滿管流后，雨水開始從頂端向下游段“填充”立管，當立管中無摻氣（實際上，水汽比大于95%時，即可近似認為系統在無摻氣滿管流下運行），整個系統完全啟動虹吸。

虹吸系統的順利啟動依賴于尾管、懸吊管和立管滿管流形成的難易程度和快慢與否，尾管相對于整個系統為小管徑，較為容易形成滿管（虹吸）流；立管在懸吊管充分填充（水流）后，依靠立管高差具有的勢能，轉變為速度水頭，“順其自然”【5】啟動整個系統形成虹吸。在虹吸式系統中，為凸顯其經濟優越性，懸吊管一般連接數量較多的雨水斗，以節省立管數量，工程實踐表明，懸吊管長度最高可達150m，因此懸吊管能否迅速而便捷的實現滿管流態，關系到整個系統的安全有效運行。懸吊管的填充速度和水平取決于尾管泄流而來的雨水流量，因此尾管能否正常形成最小虹吸流量，是整個虹吸系統設計關鍵中的關鍵。

1.2 系統流態的水力學分析

關于虹吸式雨水系統的虹吸啟動原理，工程技術人員意見不一，但筆者發現多數研究工作者傾向于水躍機理，本文綜合水力學關于水躍基本概念，對懸吊管滿管流的形成過程進行粗略的分析。

1.2.1 水躍

水躍是水流從急流狀態過渡到緩流狀態時水面突然躍起的局部水力突變現象。水流從雨水斗進入連接管（尾管）后，泄流至尾管末端向水平懸吊管轉彎處時，轉彎處水團遇到阻力流速急劇改變，在懸吊管首端躍起。尾管越長，即雨水斗斗前水面與懸吊管中心處的高差越大，水流利用位置水頭產生的流速水頭越大，當在尾管轉彎處突然改變流速時，水躍越高。

1.2.2五種流態的水力學（水躍現象）分析

水躍有多種形式，圖1是幾種常見的水躍形式。

據此可以結合虹吸雨水系統運行過程中的五種流態，對比進行粗略分析。在初始階段，尾管泄流量少，表現為波狀水躍，相應于圖1中的波浪流。隨著時間的推移，尾管泄流量逐步增加，水躍深度（h）緩慢增加，水躍沿懸吊管向下游傳播，可認為整個水平管段上發生連續性水躍現象。當部分水躍深度達到管徑大小時，形成局部滿管流。此時水躍結果會形成圖1中的脈沖流和活塞流，產生瞬間虹吸現象。當泄流量進一步加大，轉彎處水躍以強水躍方式存在，水深迅速增加，充滿懸吊管首端，并向下游傳播，同時高速水流卷攜氣團隨之流動，這種狀態相當于泡沫流，當整個長度方向上的管段都填充滿時，懸吊管形成滿管流。分析可知，水躍深度能否達到管頂關系到懸吊管的填充效果，而尾管處的泄流量大小、泄流方式決定著水躍的強弱，水躍強則能迅速填充并形成滿管流，水躍弱則難以產生高速水流攜卷氣團創造虹吸條件。

2.虹吸系統運行效果的影響因素

2.1 虹吸雨水斗型號

虹吸式雨水斗相比傳統重力式雨水斗，增設擋水夾板，可最大限度阻止空氣進入，并對進入雨水斗的雨水起整流的作用，促進系統排水管道呈滿管流狀態，從而在立管與懸吊管交匯點處形成最大負壓，利用抽吸作用，產生虹吸。

系統運行初期，斗前水深較淺，漩渦將空氣攜入雨水斗，泄流量小。此時通過雨水斗的流量可按環形堰流計算【7】：

（1-5）

式中Q――通過雨水斗泄流量（m3/s）

µ――雨水斗進水口流量系數，取0.45

D――雨水斗進水口直徑，m

h――雨水斗斗前水位，m

雨水斗泄流量與斗前水深的1.5次方成正比，降雨過程中，隨斗前水深增加，雨水斗泄流量迅速增加。當雨水斗進水口前水位上升到一定高度時，排水口不再有摻氣現象，排水管處于滿流狀態。不摻氣雨水斗泄流量可按式（1-6）計算：

（1-6）

式中，Qd――雨水斗出水口泄流量，m3/s

µd――雨水斗進水口流量系數，取0.95

dj――雨水斗內徑

H――雨水斗前水面至雨水斗出水口處的高度，m

H1――雨水斗排水管中的負壓，m

2.2 連接管（尾管）長度

1.2.1節中從水力學（水躍）的角度解釋了尾管長度對虹吸泄流能力的影響，尾管長度越長，則水躍越強，虹吸越容易啟動。《規程》和VDI3806都規定了連接管（尾管）長度應>1m，意在有足夠的作用水頭可供利用，保證下泄量持續增加，形成虹吸所需要的最小虹吸流量。若尾管長度不夠，則作用水頭不足以產生最小虹吸流量，不能啟動系統形成虹吸，造成斗前水深持續升高，有屋面溢流風險。但考慮建筑物的有效空間，尾管長度（懸吊管安裝高度）不宜布置太大，以免造成空間有效高度的浪費。

2.3 連接管（尾管）管徑

實驗方案措施：VDI在總結尾管管徑分別為DN70、DN100、DN125條件下大量運行數據，繪制了最小流量曲線圖，但并沒有給出外推大管徑（DN≥150）條件下最小虹吸流量的依據和方法，可能具有較大的誤差。

本實驗擬利用惠通實驗條件，完成管徑分別為DN50、DN70、DN100和DN125的最小虹吸流量實驗，并對比VDI小管徑下曲線，進行比對和校核。擬運用模擬實驗，采取兩種方案：

方案一：國內有學者【8】根據VDI提供的小管徑數據，對曲線采集數據點進行了數字化擬合，獲得了回歸較為精確的相關函數及其系數，然后代入大管徑求得相應最小虹吸流量。其優勢在于曲線方程化，有利于計算機編程直接選用，降低了人工讀數的誤差，提高計算效率。但是，VDI曲線繪制的是離散點，該文獻直接利用少數幾個離散點進行函數擬合，并外推至大管徑，較為欠妥，且實質上也只是對VDI數據的簡單處理。

方案二：直接在小管徑基礎上，運用Fluent，直接進行水力學模擬計算。但從VDI的曲線趨勢上可以看出，大管徑條件下系統運行工況已有很大差別，此時若利用小管徑條件下的設計參數，對系統進行模擬計算，可能產生一定的誤差。

以上兩種方案，都是在前期小管徑基礎上，運用流體力學計算軟件，進行后期處理，推求大管徑虹吸狀態工況，有“半經驗半理論”的特點，因為模擬實驗不能考慮全部不可預見因素，對某些參數需進行理想化或假設，因此都具有一定的誤差。但這兩種方案，都是在VDI基礎上的進一步研究，具備一定的現實意義。

2.4懸吊管長度

虹吸式雨水系統要在滿管流狀態下才能以壓力流的形式運行，具體過程前面已有分析，這里不再贅述。尾管滿管后形成小虹吸，迅速填充懸吊管，懸吊管充滿前，系統整體依然處于重力流態下運行，排水能力有限。懸吊管越長，則填充時間越長，則要求屋面天空調蓄容積越大。若懸吊管太短，則不符合“虹吸系統懸吊管連接雨水斗數量不受限制，可節省立管數量”的經濟性原則。所以，懸吊管的長短，會影響尾管的填充速度和效果。

3.實驗設計初步思路

水力實驗平臺以惠通虹吸式雨水排放系統模擬為裝置，以流體力學計算軟件（Fluent）、高等數學、流體力學、水力學基本原理。以最小虹吸流量（即立管恰好出現滿管流）作為主導評判性標準，以形成虹吸所需時間為參考性標準，重點研究尾管不同長度、管徑、連接方式對系統工況下最小虹吸流量的影響效果，綜合運用水力實驗平臺和模擬實驗平臺全面校核VDI3806最小虹吸流量曲線，尤其是通過實驗研究獲得較為精準的大管徑外推值；最后，運用實驗條件，展開對不同雨水斗型號和尾管運行工況的關系研究。

3.1 實驗手段和方法：

水力實驗平臺：虹吸式雨水排水系統測試方法可分為靜態試驗和動態試驗【4】【9】。靜態試驗為關閉系統上控制閥門，啟動放水系統，待配水槽水位達到一定深度時（如300mm），停止進水，打開控制閥門，測試隨時間變化的虹吸工況。靜態試驗相當于模擬虹吸系統的逆運行過程，系統將依次經歷虹吸滿管流、水塞流、泡沫流和脈沖流（此處會形成間歇式虹吸現象，水位急劇下降）、波浪流。靜態試驗可測定雨水系統在不同斗前水深下的最大排水能力。動態試驗則先開啟控制閥門，調節進水系統開度，模擬降雨過程，逐步增大進水量，觀看系統流態變化，記錄管內流量變化，測定立管剛形成滿管流時的最小虹吸流量。

模擬實驗平臺：以流體力學和水力學相關原理為理論基礎，以水力實驗所測數據為實踐基礎，結合系統管材及部件等性能參數，運用Fluent進行水力學模擬，研究大管徑（DN≥150）及小管徑范圍內的虛擬管徑（如DN60、DN80）下尾管對系統最小虹吸流量的影響；在水力實驗受限制的條件下，模擬懸吊管極限長度（如0.37m、1.65m）以及雨水斗不同型號對系統工況（最小虹吸流量）的影響。

3.2 實驗進程計劃

繼續大量越讀相關規范和文獻，深化對虹吸系統原理的認識，同時深入學習Fluent，論證水力學模擬的可行性和準確性。進一步同惠通進行溝通，了解惠通已有實驗條件（如雨水斗型號、尾管管徑、尾管長度、尾管連接方式、懸吊管和立管型號等），設計實驗平臺。

3.2.1 選用靜態試驗方法，測試系統運行工況

（1）改變尾管長度，測定最小虹吸流量

（2）改變尾管管徑，測定最小虹吸流量

（3）改變尾管連接方式，測定最小虹吸流量

（4）根據尾管管徑和系統整體尺寸，選用不同型號的雨水斗，完成雨水斗對虹吸運行工況的影響測試。

3.2.2 模擬實驗

（1）根據水力學原理和前期實驗數據，運用Fluent對大管徑進行系統計算模擬，或完善小管徑范圍內的最小虹吸流量關系曲線（如模擬虛擬管徑條件下的最小虹吸流量，以使原來的離散點接近于連續化）。

（2）若惠通雨水斗型號有限，則可進一步運用Fluent軟件對模擬雨水斗不同型號（尺寸）對系統最小虹吸流量的影響。

3.2.3 后期處理

按2.4節所述兩種方案進行后期數據處理，比選兩種方案下外推大管徑最小虹吸流量曲線的可靠度和精確度；總結前期水力學和模擬實驗成果，系統化實驗數據，提出較為完整的理論成果總結。

參考文獻

[1]徐揚，瞿迅．浦東國際機場航站樓屋面雨水排水系統設計比較．給水排水，2000 ,26

(4),43～47．

[2] 莊新南. 壓力流雨水排水系統在橫店國際展覽館的應用．給水排水，2001,27(1)：57-59．

[3] 王新文，胡云杰．虹吸式屋面雨水排水系統利弊分析．建筑科學，2009 ,25(4)：102～104

[4] 付四立，張曉紅等.虹吸式雨水排水系統試驗裝置的研制與實踐.實驗技術與管理，2010，27（2）：50~52

[5] 歸談純.虹吸式屋面雨水排水系統熱點問題探討.中國給水排水.2006，22（4）：41~43

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

科學小實驗漩渦的原理范文第5篇

[關鍵詞] 靜脈留置針；脈沖式沖管加正壓封管；記錄單；并發癥；靜脈炎

[中圖分類號] R472 [文獻標識碼] C [文章編號] 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

靜脈穿刺留置針技術是靜脈給藥、臨床輸血、輸液、測定中心靜脈壓等的重要手段[1]。靜脈留置針又名套管針，具有管道柔軟、不易刺破血管、避免反復穿刺、易于固定、方便搶救等優點。臨床常見的并發癥有留置針脫落、堵塞、液體滲漏、皮下血腫、靜脈炎等[2]，其中，靜脈炎是最常見且較嚴重的并發癥[3]。一旦發生會增加患者痛苦，延長住院時間，增加醫療費用，造成醫療資源浪費，引發糾紛。為避免或減少留置針并發癥發生，2007年5月湖北省黃岡市中醫醫院（以下簡稱“我院”）針對留置針部分使用患者，采用脈沖式沖管加正壓封管技術聯合應用自行設計的靜脈留置針護理記錄單[4]（以下簡稱“記錄單”），從技術和管理角度進行全過程護理干預，對預防留置針并發癥發生取得較好效果，具體報道如下：

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2007年6月～2009年5月在我院留置靜脈留置針穿刺治療的住院患者。納入標準：患者神清；血常規及凝血時間正常；無血栓、血液系統疾病；均選擇前臂和手背較粗直的血管進行留置靜脈留置針；患者對本研究知情同意。符合標準者男1560例，女1203例，年齡3～76歲，平均（37.5±3.5）歲。按其入院的先后順序，分為對照組（1298例）和實驗組（1465例），分別采用脈沖式沖管加正壓封管和脈沖式沖管加正壓封管聯合記錄單應用。兩組患者年齡、性別、文化程度、職業類別、原發疾病、住院天數等方面比較，差異無統計學意義（均P > 0.05），具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 封管方法 對照組采用脈沖式沖管加正壓封管[5]，即取5 mL封管液，推一下停一下，每推注0.2 mL暫停1 s，再推注0.2 mL，且邊推邊旋轉退出針，當針退出2/3時，封管液剩下約1 mL，在推注狀態下夾住留置針上的小卡夾，再將少量封管液推注至推不動時拔針。封管液為無肝素使用禁忌者予以5 mL肝素鹽水（50 U/mL）封管，有肝素禁忌者使用生理鹽水封管，肝素鹽水，q 12 h，封管1次，生理鹽水，q 8 h封管1次。如無并發癥發生，盡量一次性延長留置針在血管內的留置時間為7 d，如已發生并發癥或有并發癥征兆，應立即拔除重新穿刺。實驗組采用脈沖式沖管加正壓封管技術聯合應用記錄單。

1.2.2 記錄單使用方法 記錄單的眉欄包括病區、床號、姓名、性別、年齡、住院號、診斷，內容包括日期、穿刺日期、穿刺時間、穿刺部位、穿刺者、留置天數、貼膜情況（正常、污染、松動）、局部反應（正常、紅腫）、接液時間、管道通暢（通暢、堵塞）、封管（封管液、時間、簽名）、拔管（時間、簽名、原因）、其他，要求各班護理人員嚴格交接班，加強觀察，認真記錄。

1.2.3 干預方法 組織科室護理人員按本次研究要求統一培訓，認真學習留置針穿刺及護理相關知識，熟悉留置針穿刺和封管技術要點，知曉記錄單內容、觀察要點、記錄方法。統一選擇美國BD公司生產的24G、22G、20G、18G靜脈留置針及3M公司生產的6 cm×7 cm無菌透明敷貼。

1.2.4 評價方法 統計與研究相關的主要性能指標，包括對照組和實驗組留置針的留置天數、并發癥發生例數、靜脈炎發生率、堵管發生率、液體滲漏發生率、皮下血腫發生率、靜脈留置針脫落發生率、記錄單書寫的正確率和完整率。其中，靜脈炎診斷標準參照美國疾病預防與控制中心（CDC）推薦判定標準[6]：下述癥狀中，符合其中一項就可判定：水腫和紅斑> 4 mm；觸痛；靜脈呈明顯條索狀；局部疼痛或發熱。

1.3 統計學方法

采用SPSS 13.0統計學軟件進行數據分析，計數資料用率表示，組間比較采用χ2檢驗，以P < 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 并發癥發生情況比較

并發癥包括靜脈炎、堵管、液體滲漏、皮下血腫、靜脈留置針脫落，與對照組比較，實驗組并發癥發生率均明顯降低（P < 0.01）。見表1。

表1 兩組并發癥發生情況比較[n（%）]

注：與對照組比較，*P < 0.01

2.2 兩組留置針成功留置情況比較

分別記錄兩組1～7 d中每天留置針成功留置例數，與對照組比較，實驗組第6、7天留置針成功留置率明顯提高（P < 0.05）。見表2。

3 討論

3.1 靜脈留置針使用利弊及并發癥發生原因

靜脈留置針在20世紀60～70年代已在歐美國家普及，目前國內許多大醫院已將留置針作為臨床靜脈輸液的主要工具[7]。靜脈留置針以其居多的優點廣泛應用于臨床，與普通鋼針相比，具有易于固定、避免重復穿刺等優點；相對于經外周中心靜脈置管及深靜脈置管而言，具有價格低廉、維護方便、操作程序簡單、易于被醫護人員和患者接納等優點，而深靜脈置管容易發生導管相關血流感染等并發癥，嚴重者甚至危及生命，但是靜脈留置針少有此類報道。國內研究統計數據表明，使用靜脈留置針時靜脈炎發生率達2%～26%[8]，發生原因主要與穿刺部位、藥物性質與輸液量、穿刺技術、管理技術、留置針留置時間等因素有關[9]。本研究對照組通過改良傳統封管方法為脈沖式沖管加正壓封管方法，靜脈炎發生率為3.7%。本研究發現，燒傷科患兒中3～8歲兒童的留置成功率高，而1個月～3歲嬰幼兒期留置成功率低，與張莉莎等[10]關于小兒靜脈留置針留置失敗原因一致。結合本院護理不良事件調查發現，因靜脈留置針管理不到位發生的相關并發癥和護理投訴位居首位，分析原因發現管道脫落、堵塞、液體滲漏、皮下血腫等并發癥與護士操作不當、觀察不到位、責任心不強、護理監管不到位有關，護理人員對使用中的留置針缺乏系統管理，部分護士缺乏工作責任心和慎獨精神，導致患者及家屬不滿意。另外，留置針護理沒留下相關記錄，當護理糾紛發生時常缺乏有力的證據。因此，針對常規封管方法靜脈炎發生率高和留置針留置期間監管不利導致針管脫落、堵塞、滲漏發生率高，試圖摸索一套從技術和管理兩方面進行綜合干預方案，以達到規范護士操作、改進護理管理方法、加強監管責任心的目的。

3.2 脈沖式沖管加正壓封管方法聯合記錄單應用原理及效果

采用脈沖式沖管加正壓封管技術，可使沖管溶液在留置針導管和導管附近血管內形成小漩渦[11-12]，沖擊管壁，利于沖盡導管內附壁血液及殘留藥物，減少了藥物在局部血管的滯留時間，減少化學性靜脈炎的發生[13-15]。本研究中對照組1298例，其中48例發生靜脈炎，發生率為3.7%，實驗組1465例使用脈沖式沖管加正壓封管技術及靜脈留置針護理記錄單應用干預，發生靜脈炎9例，發生率為0.6%，與對照組相比，使用靜脈留置針時靜脈炎發生率下降3.1%，與國內文獻報道的靜脈炎發生率2%～26%相比[13-14]，其并發癥發生率明顯減少；留置針7 d成功留置率分別為94%和79%，與我國有相關報道，靜脈留置針可留置5～7 d[16-19]一致。記錄單的應用，使護理人員心中形成了留置針使用與管理的固定模式，在工作中自覺做到勤巡視、勤觀察、勤宣教、定時封管、及時記錄，大大減少了因工作上的疏漏導致的意外拔管、管道堵塞、液體滲漏、皮下血腫等并發癥，減少了醫療糾紛。記錄單明確了各班職責，反映了各班的護理行為，責任界限明確，利于班次間相互提醒、監督，為防范差錯發生起到了很好的作用，當糾紛發生時更能提供有力的證據。同時，為護理管理者提供管理依據，對護士使用留置針的過程做到有章可循、有據可查。記錄單設計簡潔，明了，全部為表格式，記錄方便、快捷。

總之，脈沖式沖管加正壓封管技術聯合記錄單應用優于單一的脈沖式沖管加正壓封管技術，能明顯減少并發癥發生，延長留置時間，它是目前使用、管理、維護、記錄靜脈留置針的最好方法之一，且方便簡單，易于實行，值得在基層醫院推廣應用。

[參考文獻]

[1] 蔣燕.靜脈留置針留置時間的臨床護理研究進展[J].護理學雜志，2008，3（5）：406-407.

[2] 柯琦，羅鴻萍，孫琳.術后留置針靜脈炎原因分析及護理[J].護理學雜志，2009，24（16）：76-77.

[3] 董金芳，孫雪東.深靜脈留置針在危重病患者CT增強掃描中的應用[J].中國全科醫學，2011，14（26）：111-112.

[4] 程友花，夏玲.靜脈留置針護理記錄單的設計與應用[J].護理學雜志，2010，25（3）：18.

[5] 劉雪琴.彭剛藝臨床護理技術規范（基礎篇）[M].廣州：廣東科學技術出版社，2007：239-240.

[6] 張葵蓉，許葉娟，沈亞兒.門診輸液患兒應用靜脈留置針的風險管理[J].護士進修雜志，2012，27（13）：53-54.

[7] 王瑩，霍正娟，翟玉霞，等.靜脈留置針在臨床中的應用及并發癥的護理[J].中國醫藥導報，2011，8（11）：184-185.

[8] 朱粉芳.持續質量改進在靜脈留置針規范護理中的應用[J].護士進修雜志，2012，27（3）：80-82.

[9] 呂艷.淺靜脈留置針并發靜脈炎相關因素及中西醫防治的研究進展[J].醫藥前沿，2012，（2）：108-110.

[10] 張莉莎，宋玉梅，周燕華，等.小兒靜脈留置針留置失敗原因與護理[J].中國醫藥導報，2009，6（12）：99-100.

[11] 曹林紅，宋述靈，張鳳云.靜脈留置針在手術室的應用體會[J].中國醫藥導刊，2010，12（8）：128-129.

[12] 汪明芳.靜脈留置針穿刺失敗的相關因素及對策[J].中國醫藥科學，2012，（14）：174.

[13] 龐溯檳，郭冬梅，蒙國照，等.靜脈留置針封管方式與靜脈炎關系的實驗研究[J].實用護理雜志，2003，19（6）：1-2.

[14] 吳小榮.靜脈留置針的臨床應用及護理體會[J].中國當代醫藥，2010，17（11）：106-107.

[15] 秦曉香，馬鳳霞.小兒靜脈留置針固定法效果比較[J].中國當代醫藥，2013，20（6）：185，187.

[16] 陳顯春，封悅，宋爽，等.靜脈留置針臨床應用中的問題與對策[J].實用護理雜志，2002，18（1）：42-43.

[17] 章元芳.100例血液腫瘤患者化療期間的靜脈護理[J].中國醫藥科學，2012，（14）：140.

[18] 陳曉丹.靜脈留置針輸液、生理鹽水封管的試驗研究[J].中國醫藥導刊，2010，12（4）：89-90.