2017 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the flow regulating mechanism in an avian respiratory system by a combination of X-ray visualization and computational fluid dynamics with parallel computing
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26702012
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中村 匡徳 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20448046)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 呼吸器 / 肺 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鳥類は，人間とは全く異なった呼吸器構造を有し，高い換気能力を有している．鳥の呼吸器内部では、往復流と一方向流が同時に存在している。これを成立させるため、鳥呼吸器内では流体制御が行われているが、そのメカニズムは明確ではない。そこで、本研究では、これまでに数値流体計算により、実際の鳥呼吸器内の流れを可視化し、解析することを試みてきた。2016年度までにGPUを用いて計算を行ってきたが、GPUを単独で用いる条件で，一次気管支と前後気嚢の圧力差を数十Paに設定して計算を行うと，実効的な時間内で行うことが出来なかった。そこで、2017年度はGPUとMPIと組み合わせたGPGPU/MPI計算手法を確立した．MPI並列数8のGPGPU/MPI計算と，MPI並列無しのGPGPU計算を比較すると，計算時間を87%削減出来たことがわかった．この手法を用いた1周期当たりの計算時間は35時間であり，現実的な実行時間にて行うことに成功した．気嚢の挙動を力学モデルに落とし込むことで，推定した生理的圧力条件下で呼吸器内気流解析を行った．この結果，生理学的圧力条件下で鳥呼吸器内の空気流を2呼吸周期分計算することができた。しかしながら、口から流入した空気は、後気嚢側ではなく、前気嚢側に流れ込んでしまい、生理学的に妥当とされる流れが認められなった。その1つの理由として、計算負荷を軽減するために行った粗視化により、側気管支部分において流路が狭まってしまい、流動抵抗が増加したため、空気が流れ込みにくくなったことが挙げられる。現時点で側気管支では生理学的に妥当とされる気流パターンは認められなかったが，今後種々の計算条件を試すことが出来る鳥呼吸器内気流解析のための基盤技術が完成した。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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