2017 Fiscal Year Annual Research Report
Numerical analysis of interference and transport characteristics in bioconvection and thermal convection generated by chemotactic bacteria
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15K05780
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
柳岡 英樹 岩手大学, 理工学部, 教授 (40281951)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
末永 陽介 岩手大学, 理工学部, 助教 (60413720)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 生物対流 / 熱対流 / バクテリア / 酸素 / 走化性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，酸素に反応する走化性バクテリアが入った懸濁液に温度勾配を加えたときの生物対流と熱対流の干渉を調査し，その干渉がバクテリアと酸素の輸送特性に及ぼす影響を明らかにし，さらに輸送を制御する方法を提案することを目的とする．
平成29年度では，微生物の有効利用の可能性を明らかにするため，様々なパラメータが熱生物対流のパターンの構造や，酸素とバクテリアの輸送特性に及ぼす影響を調査した．計算において，対象とする容器は浅く，懸濁液中には酸素に反応する走化性バクテリア（枯草菌など）が存在している．水面から酸素が一様に供給されるため，酸素が豊富な水面へ向かってバクテリアが移動する．空気を一様温度に保ち，下壁面を加熱することにより，生物対流と熱対流を発生させる．得られた知見は以下のとおりである．
1. 生物対流が支配的な場では，生物対流のレーリー数が増加すると，対流による輸送が促進され，バクテリアと酸素の輸送特性は向上する．一方，熱対流が支配的な場では，生物対流のレーリー数によって，輸送特性は変化しない．したがって，生物対流が支配的な場において，輸送特性に対して生物対流と熱対流の干渉が大きく影響している．
2. 生物対流と熱対流の干渉が，対流速度の増加と輸送特性の向上をもたらすため，微小機械の駆動や攪拌効率の促進など様々な工業的応用といった観点から，加熱による生物対流の制御は有用であるといえる．
最後に，今後の研究の方向性を探るため，輸送特性の大きな変化を得ることを目的として，加熱した懸濁液にナノ粒子を混ぜて，熱とナノ粒子によるさらなる輸送特性の向上を調査し，輸送特性の制御の可能性を探ることができた．今後，微生物とナノ粒子の干渉の効果を明らかにする予定である．
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