Dr. rer. nat. Kerstin Avila wird seit zwei Jahren von der Zentralen Forschungsförderung der Universität Bremen unterstützt, um ihre eigenen Ideen für Experimente zur Untersuchung von Strömungen verfolgen zu können („Eigene Projekte für Postdocs“). In diesem Rahmen sind ihr nun direkt zwei große Forschungsdurchbrüche gelungen.

Schwappender Kaffee ist allen als nerviges Alltagsproblem bekannt - im Ingenieurwesen kann sich eine solche Dynamik jedoch fatal auswirken. Schwappender Treibstoff gefährdet die Flugstabilität von Raketen und der Transport von z.B. Flüssiggas in Tankschiffen wird gefährlich, wenn das Schwappen in Resonanz mit der Schiffsbewegung gerät. Sogenannte Resonanz-Vorhersagen sind in der Forschung aufwändig oder sogar unmöglich. In Kooperation mit Theoretikerinnen und Theoretikern der ETH Zürich ist es Dr. Avila und ihrem Team jedoch nun gelungen, erstmalig Resonanzen schwappender Wellenbewegungen verlässlich vorherzusagen. Hierfür konnte durch die Kombination von abstrakten Theorien, machine learning und Experimenten alle benötigen Informationen für die Vorhersage in nur wenigen Messungen gesammelt werden. Damit wurde eine ganz neue Methodik zur Erfassung der Schwappbewegungen aufgestellt. Die gemeinsame Arbeit wurde vor wenigen Tagen in der einflussreichen multidisziplinären Zeitschrift „Nature Communications“ publiziert.

Zusammen mit drei anderen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Österreich, Polen und Frankreich konnte Dr. Kerstin Avila in einer weiteren Arbeit zeigen, dass die Ausbreitung von Turbulenzen sich ganz einfachen Gesetzmäßigkeiten unterwirft. Die Gesetzmäßigkeiten sind dabei nicht speziell für Flüssigkeiten, sondern beschreiben z.B. auch die Ausbreitung eines Virus in der Bevölkerung. Aus den Nachrichten ist bekannt, dass die Ansteckungswahrscheinlichkeit zwischen der Delta- und Omikron-Variante unterschiedlich ist. Genau diese Wahrscheinlichkeit steckt im Kern der Theorie („direkte Perkolation“) und bestimmt die Rate der Ausbreitung. Bisher wurden die vorhergesagten Skalierungen jedoch noch nie exakt in einem Experiment beobachtet. Genau dies ist dem Forschungsteam jetzt nach jahrelanger Forschung mit einem Strömungsexperiment gelungen und stellt einen Meilenstein für die Bestätigung der Theorie und für die Beschreibung des Turbulenzübergangs dar. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Neben den hier vorgestellten Projekten erforscht Kerstin Avila die Bewegung von Partikeln in Rohrströmungen. Damit ist sie Teil einer interdisziplinären Forschungsgruppe FOR 2688 (Ingenieurwissenschaft, Physik und Medizin) mit dem Ziel, die strömungsdynamischen Aspekte der Blutströmung besser zu verstehen. Kerstin Avila gehört zum Fachbereich Produktionstechnik, Fachbereich mechanische Verfahrenstechnik und ist über ihre Hosts Prof. Lutz Mädler und Prof. Udo Fritsching eng mit dem Leibniz-IWT verbunden.

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Foto: Kerstin Avila / Universität Bremen