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Abstract

Computersimulationen von Strömungen spielen als hilfreiches Werkzeug bei der Lösung rheologischer Fragestellungen eine immer größer werdende Rolle. Ziel ist die Ausarbeitung des Nutzens und der Grenzen von partikelbasierter Strömungssimulation anhand zweier Problemstellungen aus unterschiedlichen Fachbereichen. Zum Einen wird das dynamische Fließverhalten von granularem Material innerhalb einer Dosierwaage mit archimedischer Schraube zur Optimierung des Systems simuliert. Die experimentell bestimmte Durchflussrate im realen Aufbau wird bei angepassten Simulationsparametern rechnerisch modelliert. Zum Zweiten wird für eine spezielle Tumorbehandlung das Verhalten von in Blutgefäßen mitschwimmenden therapeutisch strahlenwirksamen Mikrosphären analysiert. Die entwickelte Methode basiert auf eindimensionalen Volumenstromberechnungen, welche mittels der Ergebnisse einer dreidimensionalen Strömungsanalyse adaptiert werden. Die nötige Blutgefäßgeometrie wird mit angiografischen CT-Aufnahmen und einem zusätzlich implementierten Modell zur Generierung von Blutgefäßen unterhalb der Bildauflösungsgrenze definiert. Die Ergebnisse werden mit experimentellen Daten verglichen. Mittels einer weiteren Analyse wird die Notwendigkeit zur Verbesserung des bildgebenden Systems der Blutgefäße belegt und zu erzielende Bedingungen hierfür ermittelt. Die jeweilige Strömungssimulation hat sich als nützliches Werkzeug bei der Systemoptimierung erwiesen, welche mit rein experimentellen Methoden oder theoretischen Modellen nicht, oder nur unter deutlich größerem Aufwand, erreicht werden kann. Abschließend werden die beiden verwendeten Ansätze vergleichend diskutiert. Die vielseitige Anwendbarkeit von partikelbasierter Strömungssimulation bei physikalisch unterschiedlichen Problemstellungen wird aufgezeigt.