In der Hydraulikindustrie gibt es einen großen Bedarf, mit einer einfachen Methode Volumenstrompulsationen messen zu können. Diese Arbeit beinhaltet die Entwicklung einer neuen Technik, die auf Differenzdruckmessung zwischen zwei Punkten der instationären Strömung basiert. Um die dynamische Antwort des Sensors zu bestimmen, wurde der Zusammenhang zwischen Volumenstrompulsation und Druckdifferenz bestimmt. Die niedrige Eigenfrequenz der vorherigen Sensorversionen wurde mit Hilfe eines optischen Druckwandlers erhöht. Dieser Wandler wurde zu diesem besonderen Zweck adaptiert, einschließlich die Analyse der reflektierenden Membran, die die Druckdifferenz in mechanische Bewegung umwandelt. Es wurde eine kompakte Positionierung der Optik entwickelt, die es ermöglicht, die Verformung der Membran zu messen. Nach der Konstruktion des optischen Sensors wurde er in einem hydraulischen Versuchstand eingebaut. Der Sensor kann die Frequenz des Erregersignals gut messen, jedoch ist die dynamische Antwort des ganzen Systems anders als erwartet. Die Ursache dafür wurde mit einem Rohrleitungsmodell untersucht, das viskose Verluste beinhaltet, aber auch dieses Modell konnte keine hundertprozentige Systemantwort liefern. Die Messungen wurden durch Lufteinschlüsse der Messflüssigkeit und Resonanzfrequenzen des Versuchstandes gestört. Dennoch konnte die Funktion des Sensors bei der Erkennung eines gebrochenen Zahnes einer Zahnradpumpe nachgewiesen werden.

Ziel der Arbeit war es, die zellulären Auswirkungen der Anwendung der Herz-Lungen-Maschine histologisch zu untersuchen und zu quantifizieren. Auf der Suche nach Ansätzen für die Kardioprotektion im Rahmen des kardiopulmonalen Bypasses wurden außerdem der Einfluss des Medikaments Minozyklin und des pulsatilen Perfusionsmodus der HLM auf die Gewebeschädigung analysiert. Die Untersuchung erfolgte am Tiermodell des Ferkels. Die 39 Versuchstiere wurden in fünf Versuchsgruppen eingeteilt: (1) Kontrollgruppe (n=9), (2) Kontrollgruppe mit Minozyklin (n=7), (3) laminare HLM-Gruppe (n=9), (4) laminare HLM-Gruppe mit Minozyklin (n=6) und (5) pulsatile HLM-Gruppe (n=8). Alle Versuchstiere wurden narkotisiert und sternotomiert. Die Tiere der drei HLM-Gruppen (Gruppen 3, 4 und 5) wurden im Anschluss an die Sternotomie kanüliert und an die HLM angeschlossen. Hierbei gab es zwei Versuchsgruppen mit laminarem, kontinuierlichem Flussprofil (Gruppen 3 und 4) und eine Versuchsgruppe mit pulsatilem Perfusionsmodus der HLM (Gruppe 5). Die Dauer der Aortenklemmung betrug 90 min. Für den kardialen Arrest wurde Kardioplegie (Custodiol®, Dr. Franz Köhler Chemie GmbH, Bensheim) verabreicht. Der Eingriff wurde unter hypothermen Bedingungen bei 28°C durchgeführt. Nach Wiedereröffnung der Aorta und Reperfusion wurde nach insgesamt 120 min von der HLM abgegangen. Danach schloss sich eine Rekonvaleszenzzeit von 90 min an. Für die Untersuchung des Effekts von Minozyklin wurde zwei Versuchsgruppen (Gruppen 2 und 4) zu zwei Zeitpunkten Minozyklin verabreicht (1. Gabe nach der Sternotomie 4 mg/kg KG, 2. Gabe nach Abgang von der HLM 2 mg/kg KG). Der Versuch endete mit der Euthanasierung der Versuchstiere und der Organentnahme. Für die immunhistochemische Analyse wurden zelluläre Marker für Hypoxie, Apoptose, nitrosativer zellulärer Belastung und Inflammation untersucht. Für die Beurteilung des Energiehaushalts wurde chromatographisch das Verhältnis aus ATP/ (ADP + AMP) im Myokard bestimmt. Die laminare HLM führte im Vergleich zur Kontrollgruppe zu einer signifikanten Erhöhung der Expression aller erhobener Parameter. Der mittels HPLC bestimmte Anteil energiereicher Substrate war für die laminare HLM im Vergleich zur Kontrolle signifikant reduziert. Die Daten für Minozyklin zeigen eine Abschwächung des myokardialen Ischämie- und Reperfusionsschadens im Zuge des Einsatzes der HLM. Die Minozyklin-Gabe resultiert in der signifikanten Reduktion der Expression des Apoptose-induzierenden Faktors (AIF), 3-Nitrotyrosin (NT) und der Poly-(ADP)-Ribose (PAR) im Vergleich zur laminaren HLM-Gruppe ohne Minozyklin. Die zur Verfügung stehenden, energiereichen Phosphate waren für Minozyklin signifikant höher als bei der laminaren HLM. Für die Pulsation zeigen sich signifikante Effekte auf die Expression der Cleaved Caspase-3 (CC3), NT und PAR im Vergleich zur laminaren HLM. Durch den pulsatilen Perfusionsmodus wurde ebenfalls signifikant das Angebot energiereicher Phosphate im Myokard verbessert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anwendung des laminaren kardiopulmonalen Bypasses zu einer Myokardschädigung – detektierbar anhand von Markern für Hypoxie, Apoptose, nitrosativer zellulärer Belastung und Inflammation - führt. Minozyklin und Pulsation haben kardioprotektive Eigenschaften hinsichtlich der Ischämie- und Reperfusionsschädigung. Histologisch wurden für beide protektive Ansätze antiapoptotische und antinitrosative Wirkungen nachgewiesen. Minozyklin und der pulsatile Perfusionsmodus verbesserten den Energiehaushalt des Myokards im Vergleich zur konventionellen, laminaren HLM. Alle getroffenen Aussagen sind jedoch aufgrund des angewandten Tiermodells und der geringen Stichprobenzahlen mit Einschränkung zu treffen. Für Minozyklin bleiben Fragen bezüglich der Sicherheit für die Anwendung bei kinderkardiochirurgischen Patienten sowie der Dosierung offen. Mit Blick auf die Pulsation muss betont werden, dass es hier nach wie vor an Leitlinien für die klinische Anwendung in der Kinderkardiochirurgie fehlt. Ebenfalls bleiben die zellulären Effekte des pulsatilen Flussmodus der HLM weitgehend ungeklärt. Weitere präklinische und klinische Studien müssen zeigen, ob Minozyklin und Pulsation zukünftig Eingang in die klinische Anwendung finden.:Abkürzungsverzeichnis 1 EINLEITUNG UND PROBLEMSTELLUNG 1.1 Prinzipien der Herz-Lungen-Maschine 1.1.1 Geschichtlicher Abriss der Entwicklung der Herz-Lungen-Maschine 1.1.2 Indikationen für die Anwendung der Herz-Lungen-Maschine 1.1.3 Aufbau der Herz-Lungen-Maschine 1.1.4 Besonderheiten im Betrieb der Herz-Lungen-Maschine in der Kinderherzchirurgie 1.2 Pathophysiologische Reaktionen des Körpers auf die Anwendung der Herz-Lungen-Maschine 1.2.1 Mortalität und postoperative Morbidität im Zusammenhang mit kinderherzchirurgischen Eingriffen 1.2.2 Pathomechanismen der Gewebeschädigung im Zuge der Anwendung der Herz-Lungen-Maschine 1.3 Protektive Ansätze zur Reduktion schädigender Einflüsse der Anwendung der Herz-Lungen-Maschine 1.3.1 Systemische Hypothermie 1.3.2 Kardioprotektion 1.3.3 Weitere pharmakologische Ansätze der Organprotektion im Rahmen des kardiopulmonalen Bypasses 1.3.4 Der Blutflussmodus während des kardiopulmonalen Bypasses 1.4 Problemstellung 2 VERSUCHSTIERE, MATERIALIEN UND METHODEN 24 2.1 Versuchstiere 2.2 Versuchsaufbau 2.3 Versuchsablauf 2.3.1 Anästhesie 2.3.2 Operative Versuchsdurchführung 2.3.3 Intraoperatives Monitoring 2.4 Probenaufbereitung und Paraffineinbettung 2.5 Herstellung der Schnittpräparate 2.6 Immunhistochemie 2.6.1 Negativkontrollen 2.6.2 Entparaffinisierung 2.6.3 Rehydrierung 2.6.4 Immunhistochemische Färbungsprotokolle 2.6.5 Nachbehandlung 2.7 Mikroskopie 2.8 Auswertung 2.9 High Performance Liquid Chromatography (HPLC) 2.10 Statistik 3 ERGEBNISSE 3.1 Immunhistochemische Analysen der Auswirkungen der Minozyklin-Gabe und des laminaren versus pulsagilen Blutflusses der Herz-Lungen-Maschine auf myokardiale Zellschädigung und Zelluntergang 3.1.1 Histologische Analyse der Expression des Apoptose- induzierenden Faktors in myokardialen Zellen 3.1.2 Histologische Analyse der Expression der Cleaved Caspase-3 in myokardialen Zellen 3.1.3 Histologische Analyse der Expression des Hypoxie-induzierten Faktors-1-alpha in myokardialen Zellen 3.1.4 Histologische Analyse der zytosolischen Anreicherung des Substrats Nitrotyrosin in myokardialen Zellen 3.1.5 Histologische Analyse der Anreicherung von Poly-ADP-Ribose in myokardialen Zellen 3.1.6 Histologische Analyse der Expression des Tumornekrosefaktors-alpha in myokardialen Zellen 3.2 Auswirkung von Minozyklin und pulsatilem Flussmodus der Herz-Lungen-Maschine auf den myokardialen Energiehaushalt 4 DISKUSSION 4.1 Modellbetrachtung 4.2 Auswertung der Wirkung von Minozyklin auf die Schädigung des myokardialen Gewebes im Rahmen der Behandlung mittels Herz-Lungen-Maschine 4.3 Vergleich der Effekte des laminaren und pulsatilen Blutflussmodus der Herz-Lungen-Maschine auf die Schädigung des myokardialen Gewebes 5 ZUSAMMENFASSUNG 6 LITERATURVERZEICHNIS 7 ANHANG 7.1 Tabellenverzeichnis 7.2 Abbildungsverzeichnis 7.3 Herstellungsprotokolle 7.3.1 Protokolle für Formalinfixierung und Paraffineinbettung 7.3.2 Protokolle zur Herstellung der Gebrauchslösungen für das histologische Arbeiten 7.3.3 Immunhistochemische Färbungsprotokolle 7.3.4 Protokoll für die High Performance Liquid Chromatography (HPLC) Eigenständigkeitserklärung Publikationen

Purpose: Arterial stiffening poses an increased risk of cerebrovascular diseases, cognitive impairments, and even dementia as cardiac pulsations reach further into the brain causing white matter hyperintensities and microbleeds. Therefore it is of interest to obtain methods to estimate and map cardiac related pulsatility in the brain. Improvements of functional magnetic resonance imaging (fMRI) sequences is potentially allowing detection of rapid physiological processes in the echo-planar imaging (EPI) signal in the brainthrough a higher sampling rate. Specifically in this thesis, estimation and localization of cardiac pulsation and respiration is conducted through analysis of resting state data obtained with a multiband EPI sequence that permits whole brain imaging at a shorter repetition time (TR) than conventional EPI. The origin of these physiological signals are likely a mixture of inflow and compartment volume shifts during the cardiac- and respiratory cycles. As the amount of physiologically related signal in the multiband sequence used at the Biomedical Engineering Dept. R&D, Umeå University Hospital is unknown, the aim of this project is to find and map cardiac pulsatility and respiration for future research. Methods: Multiband fMRI data from 8 subjects was used, collected in a 3 Tesla scanner using a 32-channel head coil. The physiological signals were estimated through an algorithm that was developed to down-sample and temporally shift copies of simultaneous recordings of pulse and respiration. These signals were obtained using the scanner’s built-in pulse oximeter and a respiration belt. The shifted copies were voxel-wise, and slice by slice, correlated to the fMRI data using Pearson correlation. The time shift yielding maximum mean correlation within the brain was, for each slice, used to create statistical maps for significant voxels to show the localization and magnitude of correlation for cardiac pulsation andrespiration. Results: Many voxels around and nearby larger vessels and ventricles were highly correlated with the down-sampled, time shifted signals of the cardiac pulsation for all subjects. The cardiac pulsation maps resembled cerebral vasculature and were mostly localized around the Circle of Willis, brainstem, and the ventricles. Respiration signal was also highly correlated, and spatially located at the sides of the brain although mostly concentrated at the parietal- and occipital lobes. Conclusion: The results demonstrated that many voxels in the brain were highly correlated with cardiac pulsation and respiration using multiband EPI, and the statistical maps revealed distinct patterns for both of the physiological signals. This method and results for mapping cardiac related pulsatility, and respiration could be used for future research in order to better understand cerebral diseases and impairments, and alsoto improve fMRI filtering. Keywords: Arterial stiffness, Functional magnetic resonance imaging, Resting state, Multiband, CardiacPulsation, Respiration, Correlation analysis / Syfte: Arteriell förstyvning medför en ökad risk för cerebrovaskulära sjukdomar, kognitiva störningar och till och med demens då hjärtpulsationer når längre in i hjärnan orsakar vit materia hyperintensiteter och mikroblödningar. Av detta skäl är det därför av intresse att ta fram metoder för att estimera och kartlägga hjärtrelaterad pulsationer i hjärnan. Förbättringar av funktionella magnetresonanstomografi (fMRI) sekvenser kan möjliggöra detektering av snabba fysiologiska processer i den eko-planära (EPI) signalen i hjärnan genom en högre samplingsfrekvens. Specifikt i denna uppsats, utförs en skattning och lokalisering av hjärtpulsation och respiration genom analys av ’resting state’ data erhållet av en multiband-EPI sekvens som tillåter bildgivning av hela hjärnan med en kortare repetitionstid (TR) än konventionell EPI. Ursprunget avdessa fysiologiska signaler är sannolikt från en blandning av flöde- och volymsförändringar under hjärt- och respirationscyklerna. Då mängden av fysiologiskt relaterad signaler i multiband sekvensen, som används på Biomedicinska avdelningen, FoU Umeå Universitetssjukhust, är okänd så är målet med projektet att hitta och kartlägga hjärtpulsation och respiration för framtida forskning. Metod: Multiband fMRI data från 8 personer användes, insamlade från en 3 Tesla scanner med en 32-kanals huvudspole. De fysiologiska signalerna uppskattades genom en algoritm som utveckades för att sampla ned och tidsförskjuta kopior av simultant tagna signaler av puls och respiration. Dessa signaler samlades in med skannerns inbyggda pulsoximeter och andningsband. De förskjutna kopiorna var voxelvis, snitt för snitt, korrelerade med fMRI datat med användning av Pearson-korrelation. Det tidsskift somför varje snitt resulterade i maximal medelkorrelation i hjärnan användes för att skapa statistiska kartor, med endast signifikanta voxlar, för att visa var och hur mycket korrelation av hjärtpulsation och respiration som finns. Resultat: Många voxlar runt och nära större kärl och ventriklar var för alla personer starkt korrelerade medde samtidigt tagna, och tidsförskjutna signalerna av hjärtpulsation. Pulsationskartorna liknade cerebral vaskulatur och var mestadels lokaliserade kring Willis ring, hjärnstammen och ventriklar. Respirationssignalen var även starkt korrelerad och lokaliserad på sidorna av hjärnan, mestadels koncentrerat vid parietal- och occipital loberna. Slutsats: Resultaten visade att många voxlar i hjärnan var starkt korrelerade med hjärtpulsation och respiration vid användning av multiband EPI, och de statistiska kartorna avslöjade distinkta mönster för de båda fysiologiska signalerna. Den framtagna metoden och dess resultat för kartläggning av hjärtrelaterade pulsationer och respiration kan användas i framtida forskning i syfte att bättre förstå cerebrala sjukdomar och nedsättning, även för att förbättre fMRI filtrering. Nyckelord: Arteriell förstyvning, Funktionell magnetresonanstomografi, Resting state, Multiband, Hjärtpulsation, Andning, Korrelationsanalys

The flow over sharp-edged wings is almost always separated. The control of separated flows is possible and benefits can be achieved but only in a time average sense. A new design of an actuator was designed and tested which can achieve a wide range velocity of without frequency dependence, is free of oscillating components as well as free of secondary frequencies and therefore can be scaled up easily, unlike a traditional synthetic jet. The actuator can achieve a considerable amount of jet vectoring, thus aligning the disturbance with the leading edge shear layer. Results indicate that unsteady mini-jet actuation is an effective actuation device capable of increasing the lift in the stall region of the airfoil. Moreover, pressure measurements showed that two parameters could be altered to maximize the lift. The momentum coefficient needed a minimum value to exert influence and the actuating frequency need not be at exact the natural shedding frequency to improve the lift and can be operated at harmonics of the natural shedding frequency and obtain improvements. / Master of Science

Active pneumatic flow control methods as applied to aerospace applications have shown noteworthy improvements in lift compared to traditional means. The General Aviation Circulation Control (GACC) concept currently under investigation at NASA's Langley Research Center (LaRC) is an attempt at addressing some of the fundamental obstacles related to the successful development and implementation of such techniques. The primary focus of research in the field of high lift pneumatic devices is to investigate ways of obtaining significant improvements in the lift coefficient without resorting to moving surfaces. Though it has been demonstrated that the lift coefficient can be amplified in a variety of ways, the chosen method for the current work is via enhanced circulation stemming from a trailing edge Coanda jet. A secondary objective is to reduce the amount energy expenditure used in these pneumatic techniques by implementing time-variant flow. This paper describes experimental observations of the flow behavior at the trailing edge of a modified water tunnel based supercritical airfoil model that exploits both steady and pulsed Coanda driven circulation control. A total of 10 sets of data, excluding a baseline case of no Coanda jet, were sampled with five cases each for steady and pulsed flow, the latter at a reduced frequency, f+, of 1. Two cases of equal momentum coefficient but with varying forced frequencies were isolated for further study in an attempt to accurately compare the resultant flow dynamics of each method. All measurements were taken at a zero-lift angle of attack by means of a non-invasive time accurate flow visualization technique (DPIV). Vorticity behavior was investigated using Tecplot® and a MATLAB® program was developed to quantify the Strouhal Number of time-averaged velocity fluctuations moving aft of the Coanda surface for each case. / Master of Science

The subject of this diploma thesis is a dynamic analysis of phenomena occurring in the thin cylindrical region, ie in a gab, which flows liquid by the given parameters. Through the simplifications introduced, it comes to the problem of structural and forced vibration for both the horizontal pulsation in a tube and the area of a compensating piston. The described method uses the separation of variables for pressure function. The speed function is derived from the already known pressure field distribution using the Navier-Stokes equation.

This thesis is concentrated on mathematical modeling of high frequency pulsations in pump turbines, which are the source of high-cycle continuous stress of the spiral casing cover, wicket gates and runner. There are proposed the solutions using the transfer matrix for the tube with a constant and conical cross-section. The paper compares variations of cylindrical and conical tubes, changes in boundary conditions. There are the models of PSPP Dlouhé Stráně made only of cylindrical tubes comparing to the model with cylindrical and conical tubes

Pressure oscillation in hydrostatic drive trains can cause noise and damage to components. They impair function and reliability. The visualization of the oscillation mode helps to clarify the causal relationships in the hydrostatic drive train and is a basis for the development of remedial measures. Analysis of the pressure oscillation situation, however, can only be carried out in the complete system, since line branching and the impedance of the hydrostats have an influence on the resonance frequencies and the oscillation modes. If only the line length between the components is considered in the pressure oscillation analysis, neither the calculated frequencies nor the position of the pressure antinodes where possible remedial measures are to be placed are correct. This paper presents the metrological determination of the impedance of a hydrostat on a functional test bench (“mobile impedance measurement”) and the preparation of the measurement data for the subsequent simulative pressure oscillation analysis of a hydraulic drive train.

"Fire tests involving heavy goods vehicles (HGVs) in a road tunnel with forced ventilation in Norway, conducted by SP, demonstrated a pulsation phenomena that is similar to oscillating flames and thermo-acoustic instabilities previously observed in vitiated compartments and resonant systems that meet the Rayleigh criterion, respectively. This current study investigates whether the causal phenomena can be determined using either a simple, one-dimensional fluid dynamics model or a computation fluid dynamics program. It is assumed that the leading cause for pulsation is a locally under-ventilated fire. Theoretical analysis shows that this assumption is valid and how such conditions can cause the flow field to change. A simple model is developed for a tunnel fire with forced, longitudinal ventilation. The results qualitatively represent the test data and support the assumption of a locally vitiated fire. A more sophisticated analysis, involving the Fire Dynamics Simulator (FDS) Version 4.0, provides similar results. Although FDS calibration, using similar experiment data from the Memorial Tunnel Ventilation Test Program, demonstrates model limitations in predicting smoke layers near the solid boundaries under forced flow field, the qualitative results from both models indicates that pulsation in large tunnel fires under forced ventilation conditions results from poor mixing of the bulk flow in the near field of the fire."

I developed a spectrum synthesis method to investigate the physical properties of hot OB main sequence (MS) stars, which are often rapid rotators. The code realistically simulates the surface conditions of rapidly rotating stars, considering the rotationally-deformed stellar shape and gravity darkening effect. Comparing the synthesized absorption line profiles with the observed spectra of the member stars of 19 young Galactic clusters, I determined the projected rotational velocities of 496 stars. The average surface temperature and gravity for most of these objects were then derived from H$\gamma$ line fits. The polar gravity of each star was estimated as a good indicator of the evolutionary status of the star. The derived parameters show that massive rotators spin down during their MS phase. The He abundance data (measured by fitting the He I lines) also favor the theoretical prediction that rotationally-induced mixing can gradually enrich the surface helium abundance through the MS phase. A quicker spin-down is evident in the lower mass star group where a large portion of helium peculiar stars are found. This correlation implies that strong stellar magnetic fields may exist on the surface of these lower mass stars. The same method is also applied to interferometric observations from the CHARA Array of a nearby rapid rotator, Regulus. By combining results from spectroscopic and interferometric analysis, the shape, space orientation, mass, and surface temperature distribution of Regulus are firmly determined. This analysis provides the first evidence of the gravity darkening phenomenon among stars that are not components of an eclipsing binary system. The surprisingly high luminosity determined for Regulus appears to agree with the theoretical prediction that rapid rotator can become more luminous as rotationally-induced mixing brings fresh hydrogen down to the core. Finally I present an extension of the model that simulates the shape, velocity, and temperature variations of a star experiencing nonradial pulsation. I simulated and analyzed the line profile variations in the spectra of $\epsilon$ Per, a B0.7~III star with strong evidence of nonradial pulsation (NRP). A comparison of the model simulations and observations indicates that the pulsations of $\epsilon$ Per have a corresponding local temperature variation that is out of phase with the radial oscillation (a non-adiabatic phase lag).