Что такое капиллярное давление
КАПИЛЛЯРНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Капиллярное давление — гидростатическое давление крови в капиллярах. Прямым измерением величины К. д. в капиллярах показано, что в артериальном отделе капилляра давление выше, чем в венозном. За счет этой разницы в давлении создается определенная скорость движения крови через капилляр и обеспечивается возможность транскапиллярного обмена веществ, осуществляемого на основе фильтрации и абсорбции жидкости через капиллярную стенку (см. Капиллярное кровообращение, Микроциркуляция).
Движение жидкости через капиллярную стенку происходит за счет разности гидростатического давления крови и гидростатического давления окружающей ткани (так наз. эффективного гидростатического давления), а также под действием разности величин осмоонкотического давления крови и межклеточной жидкости.
При расчете фильтрационного давления следует учитывать, что перемещение плазмы или тканевой жидкости осуществляется в сторону меньшего гидростатического и большего осмотического давления. Поэтому в общем виде величина фильтрационного (Pф) давления (в мм рт. ст.) может быть вычислена по формуле:
Рф = (Pк — Pтк) — (πпл — πтк),
где величины Рк и Ртк — величины капиллярного давления крови и гидростатического давления тканевой жидкости; πпл и πтк — величины осмоонкотического давления плазмы крови в капилляре и тканевой жидкости.
При положительном значении величины фильтрационного давления (Рф>0) происходит фильтрация жидкости из капилляра, а при отрицательном (Рф Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание
Венозное давление
Секрет нашего кровообращения
Уменьшение венозного давления
Воздействие сердца на периферическое кровообращение (возвратное действие)
Это давление обеспечивает возврат крови к сердцу. Присасывающее действие сердца вступает в действие только в последнем венозном сегменте, то есть незадолго до того, как верхняя полая вена впадает в правое предсердие. Это присасывающее действие происходит во время фазы выброса и формируется движениями клапанов в сердце.
Присасывающее действие, вызванное дыханием
Давление в грудной полости отрицательное (частичный вакуум). При вдохе это отрицательное давление увеличивается, и в то же время внутрибрюшное давление повышается при движении диафрагмы вниз. Это приводит к закрытию венозных клапанов в бедренной вене.
Это явление, называемое принципом Вальсальвы, используется при диагностическом исследовании вен как первый функциональный тест венозных клапанов. Венозное давление снижается от брюшной полости до грудной клетки, вызывая присасывающее действие в грудных венах.
Когда мы выдыхаем, клапаны снова открываются как реакция на снижение внутрибрюшного давления. В результате, тазовые вены и нижняя полая вена снова наполняются кровью, которая затем движется дальше в направлении сердца. Этот, так называемый, абдоминально-грудной двухфазный насос стимулируется сердечной деятельностью.
Венозный тонус
Кровь в венах оказывает давление на венозную стенку. Это создает напряжение венозной стенки, которое гарантирует, что венозное давление больше не будет увеличиваться. Венозное давление и объем венозной крови тесно связаны.
Мышечная помпа
Глубокие вены расположены между мышц. Из-за этого каждое сокращение мышц сдавливает вены и проталкивает столб крови в направлении сердца. Когда мышцы расслабляются, венозные клапаны предотвращают обратный ток крови по направлению к капиллярам.
Нарушения
При каждом сокращении мышц в направлении сердца транспортируется только определенное количество крови. В связи с этим важнейшую роль играют икроножные мышцы. также эффективно работающие венозные клапаны необходимы для эффективного «дренажа» крови.
В целом, следует помнить, что движение крови по венам пассивное и зависит от взаимодействия нескольких факторов. Если хотя бы один из них нарушен, например, «опустошение» вен при сокращении и расслаблении мышц голени, могут развиться нарушения венозного кровообращения. Это может, в свою очередь, вызвать тромбозы или даже тромбоэмболию.
Тело человека
Как происходит отток крови к сердцу
Советы по продукции
Идеальное компрессионное изделие
Здоровый образ жизни
Здоровые вены для красивых ног
Тел. +7 495 374-04-56
info@medirus.ru
medi RUS LLC
г. Москва, ул. Бутлерова 17
ООО МЕДИ РУС. Все права защищены.
К применению и использованию некоторых изделий имеются противопоказания. Необходимо ознакомиться с инструкцией или получить консультацию специалиста.
Закон Лапласа
Капиллярным давлением называют разность давлений, возникающую вследствие искривления поверхности жидкости. Такую поверхность имеют, например, капли в эмульсиях и туманах, капиллярные мениски. Обозначим давление под искривлённой поверхностью жидкости — pr, давление под плоской поверхностью — p0.
Капиллярное давление определяется уравнением:
Знак капиллярного давления зависит от знака кривизны. Выпуклые поверхности имеют положительную кривизну. Центр кривизны выпуклой поверхности находится внутри соответствующей фазы. Тогда согласно уравнению капиллярное давление pc>0, то есть давление под выпуклой поверхностью жидкости больше, чем давление под плоской поверхностью: pr>p0. Пример дисперсной частицы с выпуклой поверхностью — капля жидкости в аэрозоле или эмульсии. Выпуклую поверхность имеет мениск несмачивающей жидкости в капилляре.
Вогнутые поверхности имеют отрицательную кривизну, поэтому капиллярное давление pc > b. Для нанообъектов это условие не выполняется, так как радиус кривизны соизмерим с молекулярными размерами.
Закон капиллярного давления имеет большое научное значение. Он устанавливает фундаментальное положение о зависимости физического свойства от геометрии, а именно от кривизны поверхности жидкости. Теория Лапласа оказала значительное влияние на развитие физикохимии капиллярных явлений, а также на некоторые другие дисциплины. Например, математическое описание искривлённых поверхностей было выполнено К. Гауссом именно в связи с капиллярными явлениями.
Закон Лапласа имеет много практических приложений в химической технологии, фильтрации, течении двухфазных потоков и т. д. Уравнение капиллярного давления используют во многих методах измерения поверхностного натяжения жидкостей. Закон Лапласа часто называют первым законом капиллярности.
Капиллярные эффекты
Капиллярные эффекты — поверхностные явления в пористых средах, возникающие вследствие наличия преимущественной смачиваемости поверхности поровых каналов
Капиллярные эффекты (капиллярное давление и капиллярная пропитка) — поверхностные явления в пористых средах, возникающие вследствие наличия преимущественной смачиваемости поверхности поровых каналов.
Если капилляр привести в контакт со смачивающей его поверхность жидкостью, то стремясь сократить избыточную поверхностную энергию, жидкость начнет самопроизвольно двигаться по капилляру.
В вертикальном капилляре жидкость будет подниматься до тех пор, пока поверхностные силы не будут уравновешены весом столба жидкости.
Высоту столба жидкости можно охарактеризовать гидростатическим давлением, соответственно уравновешивающие его в капилляре поверхностные силы можно представить как капиллярное давление.
Капиллярное давление рк связано с радиусом капилляра следующим соотношением:
Капиллярное давление выражает разность давления в смачивающей и несмачивающей фазах.
Оно направлено в сторону Iнамачивающейся фазы.
В зависимости от характера смачиваемости породы капиллярное давление может способствовать вытеснению нефти из породы или же препятствовать ему.
Под действием капиллярного давления смачивающая фаза может самопроизвольно впитываться в пористую среду, вытесняя из нее несмачивающую фазу.
Так как смачивающая жидкость обладает меньшей свободной поверхностной энергией, а мелкие поры — большей удельной поверхностью, то смачивающая и несмачивающая фазы самопроизвольно перераспределяются в пористой среде таким образом, чтобы смачивающая фаза занимала мелкие поры, а не смачивающая — крупные. При таком распределении фаз достигается минимум свободной поверхностной энергии.
Явление, при котором смачивающая жидкость внедряется в пористую среду исключительно под действием капиллярных сил, называется капиллярной пропиткой.
Характер вытеснения нефти водой в гидрофобном (а) и гидрофильном (б) пластах
На рисунке показан характер вытеснения нефти водой из гидрофобного и гидрофильного пластов.
В гидрофобной породе вода как несмачивающая фаза движется по наиболее широким порам, а нефть — смачивающая фаза, покрывает поверхность зерен и остается в сужениях поровых каналов.
Капиллярное давление, направленное в сторону несмачивающей фазы (воды), препятствует проникновению воды в мелкие поры, занятые нефтью.
В гидрофильной породе вода под действием капиллярного давления вытесняет нефть из сужений в крупные поры.
В них нефть после вытеснения остается в виде отдельных капель, окруженных водной фазой.
Общее количество остаточной нефти в гидрофильных коллекторах значительно меньше по сравнению с гидрофобными.
Особенно важную роль капиллярная пропитка играет в породах с сильно неоднородными коллекторскими свойствами и пористо-трещинноватых коллекторах.
Капиллярное давление
СОДЕРЖАНИЕ
Определение [ править ]
Капиллярное давление определяется как:
Уравнения [ править ]
Формулы капиллярного давления выводятся из соотношения давлений между двумя жидкими фазами в капиллярной трубке, находящимися в равновесии, что означает, что сила вверх = сила вниз. Эти силы описываются как: [1]
force up = interfacial tension of the fluid(s) acting along the perimeter of the capillary tube <\displaystyle <\text
force down = (density gradient difference) x (cross-sectional area) x (height of the capillary rise in the tube) <\displaystyle <\text
Эти силы можно описать межфазным натяжением и углом контакта жидкостей, а также радиусом капиллярной трубки. Интересное явление, капиллярный подъем воды (как показано на рисунке справа), является хорошим примером того, как эти свойства объединяются, чтобы управлять потоком через капиллярную трубку, и как эти свойства измеряются в системе. Есть два общих уравнения, которые описывают соотношение силы вверх и вниз двух жидкостей в равновесии.
p c = 2 γ cos θ r c <\displaystyle p_
Формула снижения капиллярного давления выглядит так: [1]
p c = π r 2 h ( Γ w − Γ n w ) π r 2 = h ( Γ w − Γ n w ) <\displaystyle p_
Приложения [ править ]
Микрофлюидика [ править ]
Капиллярное давление в микроканале можно описать как:
p c = − γ ( c o s θ b + c o s θ t d + c o s θ l + c o s θ r w ) <\displaystyle p_
Методы измерения [ править ]
Методы физических измерений капиллярного давления в микроканале до конца не изучены, несмотря на необходимость точных измерений давления в микрофлюидике. Основная проблема при измерении давления в микрофлюидных устройствах заключается в том, что объем жидкости слишком мал для использования в стандартных инструментах измерения давления. В некоторых исследованиях было представлено использование микрошариков, которые представляют собой датчики давления, изменяющие размер. Серво-обнуление, которое исторически использовалось для измерения артериального давления, также было продемонстрировано для предоставления информации о давлении в микрофлюидных каналах с помощью системы управления LabVIEW. По сути, микропипетка погружена в жидкость микроканала и запрограммирована так, чтобы реагировать на изменения в мениске жидкости.Смещение мениска жидкости в микропипетке вызывает падение напряжения, которое запускает насос, чтобы восстановить исходное положение мениска. Давление, оказываемое насосом, интерпретируется как давление внутри микроканала. [4]
Примеры [ править ]
Другим примером работы по месту оказания медицинской помощи, включающей конструктивный компонент, связанный с капиллярным давлением, является отделение плазмы от цельной крови путем фильтрации через пористую мембрану. Эффективное и большое отделение плазмы от цельной крови часто необходимо для диагностики инфекционных заболеваний, таких как тест на вирусную нагрузку ВИЧ. Однако эта задача часто выполняется с помощью центрифугирования, которое ограничено клиническими лабораторными условиями. Примером этого фильтрующего устройства в месте оказания медицинской помощи является фильтр с уплотненным слоем, который продемонстрировал способность разделять плазму и цельную кровь за счет использования асимметричных капиллярных сил в порах мембраны. [6]
Нефтехимическая промышленность [ править ]
Капиллярное давление играет жизненно важную роль в извлечении подземных углеводородов (таких как нефть или природный газ) из-под пористых пород-коллекторов. Его измерения используются для прогнозирования флюидонасыщенности коллектора и герметичности покрывающей породы, а также для оценки данных относительной проницаемости (способности флюида переноситься в присутствии второго несмешивающегося флюида). [7] Кроме того, было показано, что капиллярное давление в пористых породах влияет на фазовое поведение пластовых флюидов, таким образом влияя на методы добычи и извлечения. [8] Крайне важно понимать эти геологические свойства коллектора для его разработки, добычи и управления ( например, насколько легко добывать углеводороды).
Капиллярное давление, как это видно в нефтяной инженерии, часто моделируется в лаборатории, где оно регистрируется как давление, необходимое для замещения некоторой смачивающей фазы несмачивающей фазой для установления равновесия. [10] Для справки, капиллярное давление между воздухом и рассолом (которое является важной системой в нефтехимической промышленности) было показано в диапазоне от 0,67 до 9,5 МПа. [11] Существуют различные способы прогнозирования, измерения или расчета зависимости капиллярного давления в нефтегазовой отрасли. К ним относятся следующие: [7]
J-функция Леверетта [ править ]
J-функция Леверетта служит для определения взаимосвязи между капиллярным давлением и структурой пор (см. J-функцию Леверетта ).
Инъекция ртути [ править ]
Этот метод хорошо подходит для образцов породы неправильной формы ( например, найденных в буровом шламе) и обычно используется для понимания взаимосвязи между капиллярным давлением и пористой структурой образца. [12] В этом методе поры в образце породы вакуумируются, после чего ртуть заполняет поры при увеличении давления. Между тем, объем ртути при каждом заданном давлении регистрируется и приводится как распределение пор по размерам или преобразуется в соответствующие данные по нефти / газу. Одна из ловушек этого метода заключается в том, что он не учитывает взаимодействия жидкости с поверхностью. Однако весь процесс введения ртути и сбора данных происходит быстро по сравнению с другими методами. [7]
Метод пористой пластины [ править ]
Метод центрифуги [ править ]
Метод центрифуги основан на следующем соотношении между капиллярным давлением и силой тяжести: [7]
Центробежная сила по существу служит приложенным капиллярным давлением для небольших испытательных пробок, часто состоящих из рассола и масла. Во время процесса центрифугирования заданное количество рассола выталкивается из пробки при определенных центробежных скоростях вращения. Стеклянный флакон измеряет количество жидкости при ее вытеснении, и эти показания приводят к кривой, которая связывает скорость вращения с объемом дренирования. Скорость вращения коррелирует с капиллярным давлением по следующему уравнению:
p c = 7.9 e − 8 ( ρ 1 − ρ 2 ) ω 2 ( r b 2 − r t 2 ) <\displaystyle p_
Основное преимущество этого метода заключается в том, что он быстрый (создание кривых в течение нескольких часов) и не ограничивается выполнением при определенных температурах. [13]
Другие методы включают метод давления пара, метод гравитационного равновесия, динамический метод, полудинамический метод и метод переходных процессов.
Корреляции [ править ]
В дополнение к измерению капиллярного давления в лабораторных условиях для моделирования резервуара нефти / природного газа, существует несколько соотношений для описания капиллярного давления с учетом конкретных пород и условий добычи. Например, Р. Х. Брукс и А. Т. Кори разработали соотношение для капиллярного давления во время дренажа нефти из нефтенасыщенной пористой среды, подвергающейся вторжению газа: [14]
p c g o = p t ( 1 − S o r S o − S o r ) ( 1 / λ ) <\displaystyle p_
Кроме того, Р.Г. Бентсен и Дж. Анли разработали корреляцию для капиллярного давления во время дренирования из пористого образца породы, в котором масляная фаза вытесняет насыщенную воду: [15]
p c o w = p t − p c s l n ( S w − S w i 1 − S w i ) <\displaystyle p_
В природе [ править ]
Игольчатый лед [ править ]
В 1961 году Д.Х. Эверетт подробно остановился на исследованиях Табера и Бескова, чтобы понять, почему поровые пространства, заполненные льдом, продолжают расти. Он использовал принципы термодинамического равновесия, модель поршневого цилиндра для роста льда и следующее уравнение, чтобы понять замерзание воды в пористой среде (непосредственно применимо к образованию игольчатого льда):
С помощью этого уравнения и модели Эверетт отметил поведение воды и льда при различных условиях давления на границе твердое тело-жидкость. Эверетт определил, что если давление льда равно давлению жидкости под поверхностью, рост льда не может продолжаться в капилляр. Таким образом, при дополнительных тепловых потерях наиболее благоприятно, чтобы вода поднималась по капилляру и замерзала в верхнем цилиндре (поскольку игольчатый лед продолжает расти над поверхностью почвы). По мере увеличения давления льда возникает изогнутая граница раздела между твердым телом и жидкостью, и лед либо тает, либо восстанавливается равновесие, так что дальнейшая потеря тепла снова приводит к образованию льда. Общий,Эверетт определил, что морозное пучение (аналогичное образованию игольчатого льда) происходит в зависимости от размера пор в почве и энергии на границе раздела льда и воды. К сожалению, обратная сторона модели Эверетта состоит в том, что он не учитывал влияние частиц почвы на поверхность. [18] [19]