Experimental Analysis of Oscillating Flow in Elastic Vessels

In Europa und den USA zählen krankhafte Veränderungen der Blutgefäße zu den größten Herausforderungen des moderenen Gesundheitssystems. Da die Bluttsrömung über die Wandschubspannungs (WSS) – Verteilung in den Gefäßen einen erheblichen Einfluss auf die beteiligten Mechanismen hat, sind akkurate numerische Vorhersagen des Strömungsfeldes in Blutgefäßen von größtem Interesse. Die resultierende strömungsmechanische Problemstellung ist durch instationäre Phänomene, die komplexe Geometrie und die Interaktion des Fluides mit den elastischen Wänden charakterisiert. In der vorliegenden Arbeit wird die oszillierende Durchströmung von zylindrischen elastischen Gefäßen verschiedener Geometrien experimentell untersucht, um das Verständnis von solchen Fluidstrukturinteraktions (FSI) – Problemen zu verbessern und um Validierungsdaten für generische FSI – Probleme bereitzustellen. Zeitaufgelöste Particle-Image Velocimetry wird mit nicht-invasiven Messungen des statischen Druckes kombiniert, um synchron die instationäre Geschwindigkeitsverteilung, die Deformation der Gefäßwand und die Druckverteilung zu Erfassen. Bei Reynoldszahlen und Womersleyzahlen im Bereich von 100 < Re < 1000 und 5 < Wo < 13 wird die Deformationsamplitude der elastischen Gefäße zwischen 0.5% und 7% des Gefäßdurchmessers variiert. In der ersten Studie werden gerade Gefäße mit verschiedenen Wanddicken untersucht um den grundlegenden FSI – Mechanismus zu bestimmen und den Einfluss der Gefäßelastizität auf die Geschwindigkeits- und Wandschubspannungsverteilung zu analysieren. In einer zweiten Studie werden die Auswirkungen einer axensymmetrischen Stenose auf die instationäre WSS – Verteilung in einem geraden, elastischen Gefäß untersucht. Gegenstand der dritten Studie ist ein um 180° gekrümmtes elastisches Gefäß mit physiologischem Krümmungsverhältnis. Hauptinteresse dieser Studie ist der Einfluss der Gefäßelastizität auf die von der Krümmung hervorgerufene Geschwindigkeitsverteilung.