走化性バクテリアによって生じる生物対流の三次元的挙動に関する数値解析

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19560157
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 柳岡 英樹 Hirosaki University, 大学院・理工学研究科, 准教授 (40281951)
• Keywords: 生物流体 / 微生物 / 酸素 / 走化性 / 計算流体力学

Research Abstract

本研究では, 走化性バクテリアにより形成される生物対流に関して, バクテリアと酸素の輸送特性を明らかにすることを目的としている. 実際の生物対流現象では, 容器内に複数のプルームが形成され, そのプルームまわりに生物対流が発生している. このとき, プルーム同士の干渉が生じ, バクテリアと酸素の輸送特性はこの干渉に影響されると考えられる. 今年度はプルーム同士の干渉を明らかにするため, レーリー数による生物対流パターンの変化が輸送特性に及ぼす影響を調査している. レーリー数が臨界値に達すると, 容器内では複数のプルームが水平方向に周期的に形成され, プルームまわりでは生物対流が形成される. さらにレーリー数を増加させると, 容器内で発生するプルームの数は増加し, プルームの波長は短くなり, プルーム同士の干渉が強まる. レーリー数の増加とともに, プルームは容器底面へ向かって伸長し, 対流速度は速くなるため, 容器全体の底面付近におけるバクテリア量は増加する. 一方, バクテリアによって酸素が消費されるため, 底面付近の酸素量は減少するが, レーリー数の増加とともに底面付近のバクテリア濃度は飽和状態となるため, 酸素量は増加していく. 生物対流が発生したとき, 対流による酸素とバクテリアの輸送は輸送形態の中で支配的となる. レーリー数を増加させることにより, プルーム同士の干渉も強まり, 容器内全体における酸素とバクテリアの輸送特性は大きく向上する.