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FSI-Beispiel:
Druckwelle in Arterie/ Oszillometrische Blutdruckmessung
Instationäre
gekoppelte Strömungs-Strukturanwendungen stellen besondere Herausforderungen an
die Modellierung und Berechnung. Bei dieser Problemkategorie kommt es nicht
selten durch die Interaktion von inkompressiblen Strömungen mit elastischen
Strukturen zu einem physikalisch vollständig veränderten Gesamtsystem.
Ein typisches Beispiel hierfür ist die Strömung durch ein elastisches "Rohr" wie
sie z.B. bei der Blutströmung in den Arterien zu beobachten ist: Während sich in
starren Rohrsystemen eine Druckwelle bedingt durch die nahezu inkompressible
Flüssigkeit sehr schnell (Wasser als Hauptbestandteil von Blut ca. 1300 m/s)
ausbreitet, wird in Arterien die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle auf
ca. 4 m/s durch die elastische Aderwand reduziert.
Diese durch die instationäre Kopplung veränderten Systeme erfordern häufig
spezielle Solvertechnologien. Im ersten Schritt
wird die aus der Fluid-Struktur-Kopplung resultierende Reduzierung der
Pulswellengeschwindigkeit validiert, im zweiten Schritt kann das Modell
verwendet werden, um die oszillometrische Blutdruckmessung zu simulieren. Bei
dieser Messmethode wird die Arterie durch einen äußeren Druck verformt. Die
Pulswelle verursacht eine Oszillation der Aderwand in Abhängigkeit des äußeren
Drucks, die in die Manschette übertragen wird und dort zur Blutdruckbestimmung
detektiert wird.
Modellierungsdetails siehe:
Heck U. "Transient Fluid Structure Interaction", Nafems Seminar "Simulation of
Coupled Flow phenomena (Multified FSI)" May 2006, Konferenzband, ISBN
1-874376-11-5 |
