Detailseite
Projekt
Hydrodynamische Stabilität pulsierneder Strömungen von komplexen Fluiden
Antragsteller
Professor Dr. Björn Hof
Fachliche Zuordnung
Strömungsmechanik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 349558021
Experimentelle und theoretische Fortschritte haben im Laufe der letzten Jahre eine umfassende Erklärung des Turbulenzübergangs in Rohrströmungen mit zeitlich konstanter Flussrate erlaubt. In pulsierenden Strömungen ist die Lage allerdings deutlich komplizierter. Zusätzlich zur Reynoldszahl muss man hier ebenso die Amplitude, Frequenz und die Wellenform mit in Betracht ziehen und dies führt zu einer qualitativen Änderung des Turbulenzübergangs. Die Situation wird noch komplizierter wenn wir kardiovaskuläre Strömungen betrachten. Hier sind außerdem komplexe Eigenschaften des Fluids (z.B.Viskoleastizität, Scherverdünnung) und der Geometrie (z.B. Biegungen und Verzweigungen) sowie die Flexibilität der Wände zu beachten, um zu entscheiden, ob letztendlich eine laminare oder eine verwirbelte Strömung resultiert. Gleichzeitig wird angenommen, dass hydrodynamische Instabilitäten eine zentraler Grund für eine Reihe von Gefäßerkrankungen sind. Die innere Schicht von Blutgefäßen besteht aus Endothelzellen und diese sind schersensitiv. Fluktuationen der Scherspannungen führen zu erhöhten Entzündingswerten innerhalb dieser Zellen und dies kann unter anderem Atherosklerose hervorrufen. Wie wir während der ersten Projektperiode gezeigt haben, führt Pulsation zu einer helixförmigen Instabilitätsmode die einen neuen Pfad hin zur Turbulenz erschließt [P1]. Bemerkenswerterweise tritt diese Instabilität schon bei deutlich niedrigeren Flussgeschwindikeiten auf, als der herkömmliche Turbulenzübergang. Somit treten Verwirbelungen nicht nur in großen Blutgefäßen auf, sondern diese Instabilität kann auch bei den niedrigeren Reynoldszahlen die in kleineren Arterien vorherrschen auftreten. Nicht-Newtonsche Fluideigenschaften, wie Viskoelastizität kann ebenso Instabilitäten schon bei sehr niedrigen Flussraten in Röhren begünstigen [P2,E7], wohingegen Rohrkrümmung stabilisierend wirkt [E5,E6]. Obwohl der Einfluss dieser zusätzlichen Parameter auf die stetig angetriebene Rohrströmung recht gut verstanden ist, ist ihr Einfluss auf pulsierende Strömung nicht hinreichend erforscht. Wie diese Parameter die Stabilität pulsierender Strömungen beeinflussen werden wir in der zweiten Projekthälfte von A1 untersuchen. Da der Parameterraum sehr groß ist, werden wir unsere Untersuchung auf zwei Teilbereiche fokussieren. Der Erste bezieht sich auf Parameter, die denen entsprechen, die in großen Blutgefäßen auftreten und der Zweite denen in kleinen Gefäßen. Durch unabhängige Variation der einzelnen Kontrollparameter werden wir die einzelnen Instabilitätstypen detektieren und verfolgen. Während dieser experimentellen Untersuchung werden wir insbesondere eng mit unseren numerischen und theoretischen Projektpartnern zusammenarbeiten, nur so kann eine genaue Bestimmung der Instabilitätsmechanismen gewährleistet werden. Insgesamt ist das Ziel unseres Teilprojekts die wichtigsten Instabilitätstypen zu identifizieren, die in pulsierenden Strömungen komplexer fluide auftreten.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Internationaler Bezug
Österreich
Partnerorganisation
Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
