Kombinierte experimentelle und numerische Analyse der Fluid-Struktur Interaktion und Wandschubspannung in elastischen Gefäßen bei instationärer Durchströmung

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Gefäßverengungen (Stenosen) der Herzkranzgefäße sind Ursache der koronaren Herzkrankheit, der „Volkskrankheit Nummer 1“ in Deutschland. Zur frühzeitigen Erkennung von Gewebeschwächen ist es essentiell, die Fluid-Struktur-Interaktion einer instationären Strömung in einem elastischen Gefäßmodell und die Wechselwirkung zwischen Elastizität des Gewebes und der instationären Wandschubspannung detailliert zu verstehen. Den Antragstellern ist bis jetzt trotz der Vielzahl der in der Literatur diskutierten Simulationen kein Referenzfall zur Validierung der Numerik in hämodynamischen Systemen bekannt. Der vorliegende Antrag versucht erstmalig einen derartigen Referenzfall zu entwickeln, um in Kombination von Numerik und Experiment die Eignung der in der Literatur vorgeschlagenen numerischen Modellierung und ihrer Annahmen zu überprüfen und, langfristig, weiterzuentwickeln. Mittels zeitaufgelöster Particle-Image Velocimetry (TR–PIV) und Drucksensoren werden simultan und zeitlich hochaufgelöst die instationären Werte für das Geschwindigkeitsfeld, den Druck und die Dilatation der Gefäßwand in Amplitude und Phase erfasst und mit einer gekoppelten Lattice-Boltzmann/Level-Set/Finite-Elemente Simulation verglichen. Anhand der numerischen und experimentellen Ergebnisse wird neben der Bereitstellung als Validierungsdaten der Zusammenhang zwischen Wandschubspannung und Elastizität des Gewebes in Abhängigkeit von der Pulsationsdauer und dem Volumenstrom dargestellt.