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FOR 2688:  Instabilitäten, Bifurkationen und Migration in pulsierender Strömung

Fachliche Zuordnung Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Medizin
Physik
Förderung Förderung seit 2019
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 349558021
 
Pulsierende Strömungen sind in industriellen Prozessen und in biologischen Systemen allgegenwärtig. Das prominenteste Beispiel sind kardiovaskuläre Strömungen, aber auch Strömungen in Motoren, Maschinen und Pumpen haben typischerweise pulsierende Komponenten. In der Praxis sind perfekt stationäre Strömungen technisch schwierig zu realisieren. Nichtsdestotrotz betrachten die meisten Arbeiten wie zum Beispiel über Rohr- und Kanalströmungen bei kleinen und großen Reynoldszahlen nur einen konstanten Antrieb. Pulsierender Antrieb führt aber zu qualitativ anderen Instabilitätsszenarien, sowohl in Newtonschen als auch in komplexen Flüssigkeiten. Beim Verständnis des laminar-turbulenten Übergangs in Newtonschen Flüssigkeiten wurden in jüngster Zeit große Fortschritte gemacht. Allerdings ist der Einfluss eines pulsierenden Antriebs deutlich weniger gut verstanden. Das Gleiche gilt für die Strömungsgeometrie, die in den meisten Arbeiten bzgl. der primären Instabilität möglichst einfach gehalten wird. Darüber hinaus wird auch der Einfluss von nicht-Newtonschen Effekten auf das Strömungsverhalten meistens vernachlässigt, auch wenn die Rolle von Polymeren oder Suspensionen von größter praktischer Relevanz ist. Während in Newtonschen Flüssigkeiten die Instabilitäten aufgrund von Trägheitseffekten auftreten, sind es in komplexen Flüssigkeiten Wechselwirkungen zwischen den Teilchen oder elastische Spannungen, die zu neuen Instabilitäten führen. Ein bekanntes Beispiel ist die viskoelastische Turbulenz. Blut zeigt dazu noch ein stark scherverdünnendes Verhalten, ist viskoelastisch und die Gefäßwände sind deformierbar. Es ist ein zentrales Ziel dieser Forschungsgruppe zu klären, welche dieser Beiträge die Strömungsinstabilitäten in vaskulärer Strömung dominieren. In der ersten Förderperiode haben wir bereits ein wesentliches Verständnis der Auswirkungen nicht-stationärer Antriebe auf das grundlegendste System erreicht: die Strömung von Wasser durch ein gerades Rohr, einschließlich Pulsation mit großer Amplitude und viskoelastischer Strömung. Wir haben auch erste Fortschritte beim Verständnis der Migrationsdynamik in Suspensionen weicher und harter Partikel und der Strömung in Modellen der Aorta gemacht. In Bezug auf den Blutfluss haben wir ein quantitatives Verständnis über die Auswirkung der Pulsation auf die Übergänge der Formen der einzelnen Zellen erlangt. Darüber hinaus konnten wir auch die Ursache für die stark unregelmäßige Strömung im Kapillarnetz mittels in-vivo-Bildgebung des Gefäßflusses in Nagetieren klären. Ein besonderer Fokus in der zweiten Förderperiode wird nun auf die Wirkung spezifischer Strömungsgeometrien wie Kurven, Verzweigungen und Modelle der Aorta gelegt. Darüber hinaus werden wir unsere Systeme um Viskoelastizität und Wandnachgiebigkeit erweitern. Auch im Falle von Blut werden wir nun die Wirkung von Polymeren untersuchen, einschließlich des klinischen Falls von Volumenersatzflüssigkeiten.
DFG-Verfahren Forschungsgruppen
Internationaler Bezug Österreich, Schweiz

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