Die Strömungsmechanik beschreibt das Strömungsverhalten von Flüssigkeiten. Auf ihr beruht die Beschreibung der Funktion des Blutkreislaufs im menschlichen Körper. Im Blutkreislauf dient das Blut als strömendes Medium dem Transport von O2, CO2 und anderen Stoffen. Das gesamte Kreislaufsystem besteht beim Menschen aus dem kleinen Lungen- und dem grossen Körperkreislauf, die ab der Geburt hintereinander geschaltet sind. Im Lungenkreislauf wird sauerstoffarmes Blut von der rechten Herzkammer durch die Lunge gepumpt, wo es CO2 abgibt und sich mit O2 anreichert, und gelangt dann in den linken Vorhof. Im Körperkreislauf wird das sauerstoffreiche Blut von der linken Herzkammer durch den Körper gepumpt, wo es die Organe mit O2 versorgt und CO2 abtransportiert, und gelangt dann in den rechten Vorhof.
Ventilklappen am Herzen sorgen dafür, dass eine gerichtete Strömung erzeugt wird. Im Gefässystem des Körperkreislaufs liegen Arterien, Arteriolen, Kapillaren, Venolen und Venen hintereinander (Serienschaltung). Zur Versorgung der einzelnen Organe dient eine stark verzweigte Parallelschaltung von Blutgefässen. Das dehnbare venöse System und der rechte Vorhof bilden ein Blutreservoir, aus dem das Blut zum Herzen zurück strömt.
Für diesen Versuch wurde ein Kreislaufmodell entwickelt, das den Körperkreislauf des Menschen darstellt (Abbildung). Das Herz wird hierin durch eine einzige Kolbenpumpe ersetzt. Die Flüssigkeit, in diesem Fall Paraffinöl, strömt durch ein stark vereinfachtes Gefässsystem, das aus Röhren mit unterschiedlichen Längen und Durchmessern besteht.
An dem Modell können Sie die prinzipielle Funktion eines Kreislaufsystems und die Bedeutung seiner einzelnen Komponenten untersuchen. Bei periodisch arbeitender Pumpe werden Sie insbesondere den Einfluss eines sogenannten Windkessels auf die Druck- und Strömungsverhältnisse untersuchen. Im menschlichen Körperkreislauf übernimmt diese Funktion im wesentlichen die dehnbare Aorta.
Das Kreislaufmodell bietet Ihnen, im Gegensatz zum menschlichen Kreislauf, durch Verschlussventile an den Rohren die Möglichkeit, die Strömung gezielt durch einzelne Rohre zu lenken. So können Sie den Einfluss von Rohrlänge und -durchmesser auf das Strömungsverhalten untersuchen. Auch eine Parallelschaltung mehrerer Rohre, wie sie im Körperkreislauf vorliegt, ist möglich.
Die Grundlagen der Strömungsmechanik, die Sie hier am Beispiel des Blutkreislaufs erarbeiten, gelten in einem weiten Bereich auch für die Ventilation, also den Atemgastransport zwischen Alveolen und Umwelt. Das strömende Medium ist in diesem Fall das Atemgas, das aufgrund von Druckdifferenzen durch die Atemwege strömt .
(c) mh, Heike Theyssen 2004
