2016 Fiscal Year Annual Research Report
Three-dimensional structural analysis of bio-materials and multiscale and multiphysics simulation in postharvest systems
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26292135
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
田中 史彦 九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (30284912)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内野 敏剛 九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (70134393)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 農業工学 / シミュレーション工学 / マルチスケール / マルチフィジックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、貯蔵あるいは低温流通環境下に置かれた青果物の巨視的な諸現象とその内部で起こる細胞レベル・分子レベルでの諸現象を連成して予測するマルチスケール・シミュレーション法を確立することを目的とする。昨年度に引き続き、(1) 青果物の貯蔵・輸送庫内の空調制御シミュレーション、(2)X線CTによる青果物内部構造観察とマルチフィジックス・シミュレーション、(3) マイクロX線CTおよび共焦点レーザ顕微鏡による細胞組織の観察とマルチフィジックス・シミュレーション、(4) 分子動力学モデルによる青果物細胞膜のガス透過シミュレーションの４中課題について以下の研究を遂行した。まず、(1)では多品目の農産物を混載して輸送するための船舶輸送用コンテナの開発を行った。農産物はそれぞれに貯蔵適温があるため二温度帯を設定可能とするコンテナの作製を提案し、0℃と10℃室が安定的に定温を維持可能な設計指針をCFD解析により与えた。二室間の空気の交換による低温障害や結露が発生しにくいダクトや両室間の換気量、冷凍・加熱能力等について検討し、適切なシステムを構築した。同時に、昨年度まで進めてきたエチレン除去装置の組込みについても検討し、高温側への設置が農産物の品質保持上有効となることを示した。(2)と(3)では、昨年度までに得た一般のX線CTとマイクロX線CT画像解析を行い、両者間の連成を試みた。つまり、細胞材料スケールで得た空隙率とHU値の関係とX線CTとマイクロX線CT画像のHU値の関係から個体スケールでの空隙分布を推算する方法を確立、さらに、マイクロスケールの熱伝導シミュレーションから細胞材料の見かけの熱伝導率を求め、空隙率との関係を明らかにした。この結果から、カキ個体内の熱伝導率分布を推算する方法を確立した。(4)では青果物の細胞膜のガス透過シミュレーションに必要な物性値についてデータを整理した。
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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
マクロスケールにおけるマルチフィジックス・シミュレーションを対象とする中課題(1)～(3)における３次元熱物質移動モデルの構築は完成し、μX線CTのマルチスライス画像データの蓄積も順調に進み、この点に関する研究は当初計画以上に進展した。一般のX線CTによるデータ収集では装置の故障から研究の遅れが生じたが、データの蓄積はやや不足するため、研究期間を延長した対応することとした。(4)については、シミュレーションに必要な諸物性値の情報収集を終えることができた。以上より、総合的にはおおむね順調に研究が進展しているものと判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
X線CTによるデータ収集では装置の故障から研究の遅れが生じ、データの蓄積はやや不足したため、研究機関を延長してこの補完を行う。
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| Causes of Carryover |
平成28年9月、当初計画の形状データ収集実験に使用していた三次元形状取得装置に不測の故障が生じたため、当装置の修理・調整が必要となり、その後の形状データの取り直し迄含めて4ヶ月以上を要し、研究の遂行が不十分となったため。ただし、形状データの収集は平成29年2月からの2ヶ月間で急速に進んでおり、計画以上のデータ蓄積が期待される。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
画像解析処理の時間短縮のため，高速演算機能を有する解析装置の購入費として物品費300千円，データ解析を担当するスタッフのために人件費として400千円，その他として，学内機器利用費300千円，解析ソフトライセンス料500千円を計上した。このように，計上した経費は，本研究を遂行する上で妥当な額であると考える。修理後の研究の進捗が順調なことから、人件費を削減し、物品費に費目替えをすることも視野に入れている。
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