Forscher simulieren Verhalten von Partikeln
Die möglichst genaue Beschreibung und Simulation von Partikeltransport und Mischvorgängen ist sowohl aus medizinischer wie auch industrieller Sicht sehr interessant. So kann das Verhalten der Teilchen im Fluss beispielsweise bei der Blutzirkulation vorhergesagt und veranschaulicht werden, aber auch bei der Berechnung von Produktionsprozessen in der Papier- und Zellstoffindustrie sehr nützlich sein.
Erste Beobachtungen in Princeton
Stefan Radl vom Institut für Prozess- und Partikeltechnik der TU Graz beobachtete während seines Aufenthalts an der Princeton University im US-Bundesstaat New Jersey gemeinsam mit Kollegen dass sich Partikel unter bestimmten Voraussetzungen an jenen Stellen ansammeln, wo sich Kanäle T-förmig aufgabeln. Zusammen mit Howard Stone von der Princeton University und Daniele Vigolo von der ETH Zürich erforschte Radl daraufhin mittels experimenteller Versuche und Simulationen, warum und wo genau solide aber auch fluide Partikel an den Gabelungen hängen bleiben.
Drei Faktoren ausschlaggebend
Es stellte sich heraus, dass dabei drei Faktoren eine zentrale Rolle spielen: Die Strömungsgeschwindigkeit, die Partikeldichte und die Partikelgröße. „Für alle drei Parameter konnten wir Grenzwerte theoretisch ableiten und mit experimentellen Daten hinterlegen“, so Radl. „So können wir berechnen, wohin die Partikel gehen und wo sie starten müssen, um durchgeschleust zu werden bzw. hängen zu bleiben“.
Großer Nutzen für Medizin
Dies eröffnet neue Möglichkeiten: Für die Medizin wäre es u.a. interessant, mit der Steuerung der drei beschriebenen Parameter die Partikelansammlungen an den T-Abzweigern gezielt zu vermeiden. Ein Beispiel: Wenn Taucher zu schnell an die Wasseroberfläche kommen, können sich Gasbläschen, welche auch Partikel sind, an den Abzweigungen im Blutgefäß ansammeln, es verstopfen und so durch Gasembolie zum Tod führen.
Untersuchungen auch für Papierindustrie
Außerdem kann es durchaus vorteilhaft sein, wenn sich Partikel an bestimmten Punkten im Strömungssystem akkumulieren, weil sie dann gut aus einer Flüssigkeit herausgetrennt werden können: „Etwa in der Papierindustrie, wo es u.a. darum geht, den sogenannten Feinstoff abzutrennen“, so Radl. In einem aktuellen FFG-Projekt (FLIPPR) untersucht er gemeinsam mit Forschern vom Institut für Papier-, Zellstoff- und Fasertechnik der TU Graz sowie mit Kollegen der Uni Graz und der BOKU u.a. die Möglichkeiten der gezielten Partikelseparierung.
Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden in der neuesten Ausgabe des US-Fachjournals PNAS veröffentlicht.