研究課題
本研究は，極めて複雑かつ微細な３次元形状を特徴とする鼻腔内の流れと熱物質輸送を，医用画像の直交格子（ボクセル格子）を直接利用して簡易に解析する手法を確立し，鼻腔の嗅覚機能，吸入空気の加温・加湿機能，及び異物除去機能を評価する新規の鼻腔形成手術アセスメントを提案・実現することを目的とする．本年度は，急加速を伴う人間の嗅動作を模擬した非定常流量条件で，ボクセル格子法によるシミュレーション及びPIV可視化実験を実施した．ボクセルシミュレーションでは，冠状面内の流量分配，及び矢状面内のスカラー種の濃度の時間遷移を調査した．その結果，鼻腔内の各鼻道への流量分配は左右鼻腔のいずれにおいても嗅動作による流れの加速期において急激に変化することが確認された．また，上鼻道，中鼻道において，下鼻道よりもスカラー種の濃度が早く上昇する傾向が確認された．これらの結果は，従来の境界適合格子法によるシミュレーション結果と良く一致することから，ボクセルシミュレーションの非定常流れに対する有効性が示された．PIV可視化実験では，流れの不安定性について安静時呼吸範囲内にある定常流の実験結果と比較検討を行った．その結果，鼻腔前方部の再循環流れの発生時期や領域が嗅動作時の流れの加減速によって著しく変化することが確認された．また流れの不安定性を乱流運動エネルギー（TKE）により定量的に評価した結果，TKEは安静呼吸時よりも嗅動作の加速期の方が小さく流れは比較的安定となること，また鼻腔前方部の境界層付近で大きく流れは不安定であるのに対して嗅覚細胞の位置する嗅裂においては小さく流れは安定であることが分かった．
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Proceedings of the 4th International Forum on Heat Transfer
巻: － ページ: 1-6
Proceedings of the 2016 Summer Biomechanics, Bioengineering and Biotransport Conference
巻: － ページ: 1-2
28th International Conference on Parallel Computational Fluid Dynamics
