2018 Fiscal Year Annual Research Report
Flow visualization and applicability evaluation of various channel flows obtained by time-resolved MRI
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16K06100
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| Research Institution | Tsuyama National College of Technology |
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Principal Investigator |
細谷 和範 津山工業高等専門学校, 総合理工学科, 准教授 (60509107)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 一裕 独立行政法人国立病院機構岡山医療センター(臨床研究部), 独立行政法人国立病院機構 岡山医療センター(臨床研究部), 整形外科医長 (30304306)
小野 敦 川崎医療福祉大学, 医療技術学部, 教授 (20804743)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | MRI / Time-SLIP / 流れの可視化 / PIV / カルマン渦 / 流体ダイオード / CSF |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Time-SLIP法によるMRIを用いて工業製品内で発生しうる基礎的な流れを時間分解撮像を行い，可視化が可能かどうか調べた．本年度は非定常な流れ場を対象とし，はじめに単一円柱後流を撮像した．この結果，流れの加速に伴う双子渦の発生を明瞭に撮像することができた．つづいて，渦流型流体ダイオードを模したファントムを撮像した．流体ダイオードは順方向と逆方向とでは内部に発生する循環によって流動抵抗に差が生じる．水路幅3 mmで直径は21mmの円筒部を持つ流れ場の撮像画像を見ると，順方向のケースではタグ水塊がスムーズに流れていることを示す帯状の濃淡画像が得られ，逆方向のケースでは帯状のパターンはみられず，循環流が支配的となって流動抵抗が大きくなっている様子がわかる画像が得られた．また熱交換器等にみられる円管群に層流条件を与えたファントム内の流れを撮像したところ，二次元の数値シミュレーション結果と整合する特徴的な流れ場を得ることができた．一方で，Re数が大きく，乱れを伴う流れ場の撮像は依然として難しく，カルマン渦列の撮像はできなかった．これはタグ水塊の撮像にかかる時間（BBTI及びTE）が長いことが主な原因である．以上の結果から流体機械など，工業製品内部の流れのうち，Time-SLIP法によるMRI撮像が可能な流れ場を整理し，論文化して投稿した．
また，更なる応用として，本研究が対象とした機械内で生じる流れ場は人体内で発生する流れ場と共通するものも多い．そこで医工横断的な研究の発展の模索するために，例として脊柱管を満たす脳脊髄液（CSF)の流れを模擬する弾性二重円管を製作し，往復流場を与えて撮像したところ，実際のCSFと同様の水塊移動の様子を撮像することができた．このように，本研究の成果は機械分野だけでなく，分野横断的な活用が期待できることがわかった．
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