Stabilität in pulsierenden Strömungen komplexer Fluide

Pulsierened Strömungen sind in Natur und Technik weit verbreitet. Das wohl prominenteste Beispile hierfür ist die kardiovaskuläre Blutströmung. Häufig sind die Flussraten bei solchen periodischen Prozessen oberhalb von Schwellenwerten bei denen Turbulenzen auftreten können und unser Interesse gilt der hydrodynamischen Stabilität und dem Turbulenzübergang in diesen Strömungstypen. Mit Hinblick auf Blutströmungen wird schnell deutlich, dass diese Fragestellung wesentlich komplexer ist, als die des Turbulenzübergangs in Strömungen mit konstantem Antrieb oder Strömungen in einfacheren Geometrien. Selbst für die gerade Rohrströmung, in der nur ein einziger Kontrollparameter ( die mittlere Strömunggeschwindigkeit oder genauer die Reynoldsche Zahl) auftritt, stellt das Verständniss des Turbulenzübergang eine grosse Heruasvorderung dar. Im Fall der Pulsation spielt neben der Frequenz und Amplitude auch die Wellenform, die häufig deutlich von einer Sinusform abweicht, eine wichtige Rolle. Zusätzlich beeinflussen auch Flüssigkeitseigenschaften (Suspension von Blutkörperchen, elastische und scherverdünnende Eigenschaften) den Turbulenzübergang. Dazu kommen noch Störungen die durch die oft irreguläre Geometrie verursacht wird, so haben Krümmungen eine stabilisierende Wirkung, wohingegen kleinere Einbuchtungen oder Verengungen zu Verwirbelungen führen. In unserem vorherigen Projekt zu dieser Problematik hat unsere Arbeitsgruppe den Einfluss der Pulsation und die Abhängigkeit von Frequenz, Amplitude und Wellenform in geraden Rohren ermittelt. Hier ist es uns insbesondere gelungen einen bislang unbekannte Instabilitätmechanismus zu identifizieren, der schon bei deutlich niedrigeren Strömungsgeschwindigkeiten auftritt und dessen Signatur wir auch in Blutströmungen nachweisen konnten. In diesem neuen Projekt werden wir nun den Einfluss der komplexen Fluideigenschaften (genauer Scherverdünnung, Partikelkonzentration und Viskoelastizität) und Geometrie (Krümmung und Verzweigungen) auf pulsierende Strömungen erforschen, um zu ermitteln wie sich diese Änderungen auf die Stabilität der Strömung auswirken und ob gegebenenfalls andere Instabilitätsarten auftreten.