2023 Fiscal Year Research-status Report
嗅動作時における鼻腔内遷移流れの直接数値シミュレーションと実験的検証
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22K03939
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
田中 学 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (20292667)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 直接数値シミュレーション / 鼻腔 / 嗅動作 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，医用画像に基づき複雑形状を再現した鼻腔内の嗅動作時における遷移流れを,格子を渦の最小スケールまで細分化した直接数値シミュレーション （DNS）により解析し，流れの不安定性を調査するものである．鼻腔狭窄部下流におけるジェットの形成と渦放出を空間・時間的に解像し，鼻腔の形状，流れ， および嗅覚機能との関係について明らかにするとともに，現在臨床応用が進められている鼻腔内流れの計算流体力学（CFD）解析のベンチマークとして有用なデータを提供する．また，シミュレーションと同形状・同流量条件のモデルを用いて流動の可視化計測実験を実施して，シミュレーション結果の妥当性を確認する．
本年度は，X線CT画像から構築した３次元鼻腔モデルを使用して，定常流量条件下で鼻腔内遷移流れのDNSを実施し，嗅動作時の流量波形を模擬した流動条件下の結果と比較した．また，鼻腔モデル流路を3Dプリンターにより製作して，流動可視化実験を実施した．実験では，インバータポンプにより嗅動作を模擬した流量条件を再現した．
DNSにより得られた渦度の分布を嗅動作と定常流量条件で比較することにより，嗅動作による流れの急加速が嗅裂に向かう気流の不安定性に大きな影響を及ぼしていることが確認された．また実験において，鼻腔の中鼻甲介下流上方で振動流が発生して，鼻前庭から嗅覚裂へ向かう流れがかく拌される様子を可視化することが出来た．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
DNSを実施して，嗅動作による流れの急加速が気流の不安定性に及ぼす影響を確認することが出来た．流動可視化実験を実施して，鼻腔内に発生する振動流がにより鼻前庭から嗅覚裂へ向かう流れがかく拌される様子を可視化することが出来た．
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| Strategy for Future Research Activity |
粒子画像流速計PIV（particle image velocimetry）により速度変動を計測する．流れの不安定性を乱流運動エネルギー(TKE) として定量化し，エネルギースペクトルの空間・時間的変化を評価する． DNSと可視化実験を定量的に比較して，シミュレーションの妥当性を確認し，結果の有効性を検証する．
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