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Projekt
Der Einfluss von Geometrie, Rheologie und elastischen Rohrwänden auf den Turbulenzübergang pulsierender Rohrströmungen
Antragsteller
Professor Dr. Marc Avila Canellas
Fachliche Zuordnung
Strömungsmechanik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 349558021
Es wird davon ausgegangen, dass das Auftreten von Turbulenzen und gestörten Strömungsmustern im Herz-Kreislaufsystem der Auslöser von Gefäßkrankheiten ist. Daher ist in den letzten Jahren das Interesse gestiegen, unter welchen Bedingungen Instabilitäten und Turbulenzen im Herz-Kreislaufsystem entstehen. Abgesehen von den inhärenten Problemen beim Erforschen vom Turbulenzübergang auch in kanonischen Systemen, bringt das Erforschen von kardiovaskulären Strömungen einige spezielle Problematiken mit sich. Die Blutströmung in den großen Arterien ist pulsierend, die Arterien sind elastisch, weisen komplexe Geometrien auf und Blut ist eine Nicht-Newtonsche Flüssigkeit. Einige dieser Eigenschaften wurden schon in der Fachliteratur untersucht, üblicherweise einzeln und mit einem einfachen Aufbau. Die Auswirkung der Pulsation wurde dabei überwiegend in geraden, glatten, statischen Rohren untersucht. Sogar bei diesem kanonischen System ist die Strömung durch das Pulsieren stark beeinflusst. In Abhängigkeit von den Strömungsparametern, der Häufigkeit und der Form der Pulsation kann die Strömung sehr anfällig für das plötzliche Auftreten von Turbulenzen in bestimmten Phasen der Pulsation sein. Dies gilt in verstärkter Form für Strömungen mit physiologischen Wellenformen, was darauf hindeutet, dass die Turbulenzen im Herz-Kreislauf-System häufiger auftauchen könnten, als es bisher angenommen wurde. Der Einfluss von elastischen Wänden und Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten auf pulsierende Rohrströmungen fand bisher wenig Beachtung in der Fachliteratur. Während elastische Wände und z.B. scherverdünnende Rheologien den Turbulenz-Übergang in einer stationären Rohrströmung verzögern, bleiben die Auswirkungen im Fall der Pulsation weitgehend unbekannt. Ziel dieses Projektes ist es, das erlangte Wissen über Turbulenz-Übergänge in pulsierenden Rohrströmungen in starren Röhren zu erweitern und die speziellen Eigenschaften von Herz-Kreislauf-Strömungen systematisch und ergänzend mit einzubeziehen. Drei unterschiedliche Problemstellungen werden dabei untersucht. Zuerst pulsierende Strömungen in geraden Rohren mit flexiblen Wänden. Als Zweites pulsierende Strömungen bei komplexen Flüssigkeiten in starren Rohren. Und als Drittes pulsierende Strömungen in einfachen Geometrien, die Teilen der menschlichen Aorta ähneln. Der Fokus wird darauf liegen zu ermitteln, ob jede neue Besonderheit den bekannten Instabilitätsmechanismus beeinflusst, oder ob sogar neue Mechanismen auftauchen. Um das herauszufinden werden wir numerische Algorithmen entwickeln, um Wachstumsanalysen der Störungen zu erstellen und vorhandene Algorithmen anpassen, um direkte numerische Simulationen durchzuführen. Zusätzlich werden direkte Vergleiche mit Laborexperimenten innerhalb der Forschungsgruppe durchgeführt. Das ultimative langfristige Ziel ist es, ein Phasendiagramm des Turbulenzübergangs im Herz-Kreislauf-System zu erstellen und dieses dann auf eine einfache Art und Weise zu modellieren.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
