Development of mathematical model of network-type convective heat transfer system derived from human circulatory system
| Project/Area Number |
21H01262
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
巽 和也 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90372854)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
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| Keywords | サーモリフレクタンスイメージング法 / ナノワイヤネットワーク / マイクロ流路 / 確率論 / 節・接点の抵抗 / 粒子・気泡充填 / 流路閉塞 / 対流伝熱 / ネットワーク構造 / ヒト血管系 / 人体熱学 / 熱交換 / TRI法 / 分岐・合流 / 温度計測 / ナノワイヤ / 沸騰 / エレクトロマイグレーション / 熱交換器 / ナノ・マイクロ現象 / 決定論 / 数値解析 / ネットワーク構造体 / 血管網 / 人体熱工学 |
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| Outline of Research at the Start |
ヒト体温（深部体温）は高い精度で一定温度に制御されることを我々はよく知っている．工学の分野でも，物体の加熱・冷却と温度制御は重要な課題であるが，本研究では血管系の血流の対流伝熱による体温制御機能を基にして，ネットワーク構造を有する流路の対流伝熱により，物体内の熱と温度を高い効率，安定性，信頼性で制御できる技術の実現に向けて，数理モデルの開発と設計指針の提示およびマイクロ流路と流速・圧力・温度の計測に基づく実験と数値解析的検証を行う．この開発した数理モデルと対流伝熱に関する技術を活用することで，ヒト血管系による人体の温度制御機構の解明と熱機器の冷却や熱交換器への応用と新しい指針の提示に挑戦する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノスケールの空間分解能を持つサーモリフレクタンスイメージング(TRI)法を用いた温度計測技術の自動焦点装置を改良して計測精度を増大させ，Agナノワイヤで構成されるネットワーク構造体の通電時の温度分布の計測を行った．合わせて2022年度から開発を進めている同ネットワーク構造体の電流・発熱・熱伝導に関する数値解析プログラムを完成させた．TRI法による計測温度に対して数値解析の温度分布が一致するように逆問題解析を行い，電流・電気抵抗・壁面に対する熱コンダクタンスを求めた．これにより，ネットワーク構造の電流経路の導出と各節の接点抵抗を求めることに成功した．そして接点抵抗にはばらつきが存在し，そにより電流・伝熱経路が限定されることを示した．これに加えて，ネットワーク構造体のシート抵抗に関する確率統計に基づく数理モデルを開発し，ナノワイヤの散布密度に対するシート抵抗の分布の予測に成功した．一方，散布密度が小さい領域では実験との乖離が見られた．これは電流および伝熱経路が限定されるためであり，確率論に加えて経路に関する決定論的モデルの導入が必要であることが分かった．
マイクロ流路内の確率連結を有する問題として，格子状マイクロ流路での粒子流れおよび沸騰における粒子・気泡の充填および流路閉塞との関係を実験および数値解析により評価した．沸騰では高熱放射率を持つ材料により壁面を加熱し，赤外線サーモグラフィカメラによる壁面温度計測に基づいて壁伝熱特性を評価した．確率論の事象のみに基づく粒子充填・気泡充填による流路閉塞とそれに伴う流量または圧力損失の変化は従来の多孔質体・充填モデルで評価できるが，流れおよび壁面の伝熱が両充填に影響する場合（決定論的現象）は，圧力損失はこれらのモデルでは表現できず，加速特性を表す時定数を付加する必要があることを示した．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(22 results)
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[Journal Article] Extreme deformability of insect cell membranes is governed by phospholipid scrambling2021
Author(s)
Shiomi A., Nagao K., Yokota N., Tsuchiya M., Kato U., Juni N., Hara Y., Mori M.X., Mori Y., Ui-Tei K., Murate M., Kobayashi T., Nishino Y., Miyazawa A., Yamamoto A., Suzuki R., Kaufmann S., Tanaka M., Tatsumi K., Nakabe K., Shintaku H., Yesylevsky S., Bogdanov M., Umeda M.
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Journal Title
Cell Reports
Volume: 35
Issue: 10
Pages: 109219-109219
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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