hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Flameletアプローチに基づく乱流燃焼場のLESモデリング

資源や環境の有限性が具体的に意識されるようになった今日、特にエネルギー環境問題において重要な位置を占める産業用ガスタービンや輸送機器エンジン等の燃焼流れを対象に、Flameletアプローチに基づくラージ・乱流燃焼場ラージ・エディ・シミュレーション(LES)による数値解析モデリングを確立して、代替燃料や厳しい環境規制に対応しうる合理的な燃焼流れ設計法としての導入を図ることを目的とした。この解析法をマクロスケールでは実用に即した流れ条件にも拡張すること、メゾスケールでは非予混合火炎における不均一な化学反応効果をモデル化すること、ミクロスケールには粒子や火炎内部の現象をデータベース化することによって、より広範囲な燃焼流れ問題に対応し得る数値予測法を開発するにあたり、解決すべき3つの課題を取り上げて以下の成果を挙げた。(1)燃焼流れの特性を予測し得る乱流解析モデルの研究として、乱流LESとflameletアプローチに基づく解析法を提案した。特に、予混合火炎面に対するG方程式モデルと拡散火炎に対する保存スカラーモデルを連成した2スカラーflameletモデルを提案し、これを実用ガスタービン燃焼器の乱流燃焼予測に適用し、その有効性と問題点を明らかにした。(2)流れ変動と干渉する化学反応効果の抽出の研究として、流れ変動と化学反応の干渉の複雑な干渉を検討する1ステップとして、スプレー噴霧によるバーナ燃焼を取り上げて、乱流中と粒子の運動、蒸発、燃焼の過程をLES法に基づきモデル化し、実験計測データとの比較によって、物理過程モデルの有効性を検証した。(3)マルチスケール連成解析における数値計算・可視化の融合技術の研究として、可視化画像を用いた計測法を取り上げ、噴霧流れを対象に計測技術の基礎的な研究を行うとともに、可視化計測と数値シミュレーションを融合した可視化処理システムに関する研究を行った。本研究では、特にエネルギー環境問題において重要な位置を占める燃焼流れを対象に数値解析モデリングを確立して合理的な設計法としての導入を図る。そこで、乱流変動が支配的と考えられる乱流燃焼場に対してa)流れが支配するマクロスケール、b)流れと化学反応が干渉するメゾスケール、c)化学素反応が支配するミクロスケールに分けて扱う数値解析モデルを合理的なアプローチと考え、流れマクロスケールをラージ・エディ・シミュレーション(LES)により、化学反応との干渉スケールをflameletアプローチに基づき扱う火炎解析モデルに着目する。この解析法をマクロスケールでは実用に即した流れ条件に拡張すること、メゾスケールでは非予混合火炎における不均一な化学反応効果をモデル化すること、ミクロスケールには粒子や火炎内部の現象を定式化することによって、より広範囲な燃焼流れ問題に対応し得る数値予測法を開発する。今年度は特に、課題A「燃焼流れの特性を予測し得る乱流解析モデル」の開発として乱流火炎のflameletアプローチに基づくLES解析を適用する場合の数値計算法を取り上げ、数値解の不連続性に伴う計算精度と安定性などの改良検討や局所的間欠的に分布する現象の空間平均モデルの定式化検討、課題B「流れ変動と干渉する化学反応効果の抽出」として保存スカラー方程式とG-方程式の連成による複合火炎に適用できる2スカラflameletモデルや、分散粒子計算を連成した噴霧形成・蒸発・微粒化を考慮した燃焼モデルなどの開発、および、課題C「マルチスケール連成解析における数値計算・可視化の融合技術」としてインタラクティブな画像化アプリケーションツールを利用した乱流LESに適した計算・可視化環境の試作や、粒子画像処理流速計(PIV)による乱流噴霧流れなど非定常現象の可視化実験計測と参照データの構築を行った。そこで、乱流変動が支配的と考えられる乱流燃焼場に対して一流れが支配するマクロスケール-流れと化学反応が干渉するメゾスケール-

化学素反応が支配するミクロスケール-に分けて扱う数値解析モデルを合理的なアプローチと考え、流れのマクロスケールをラージ・エディ・シミュレーション(LES)により、化学反応との干渉スケールをflameletアプローチに基づき扱う火炎解析モデルに着目する。この解析法をマクロスケールでは実用に即した流れ条件に拡張すること、メゾスケールでは非予混合火炎における不均一な化学反応効果をモデル化すること、ミクロスケールには粒子や火炎内部の現象を定式化することによって、より広範囲な燃焼流れ問題に対応し得る数値予測法を開発する。今年度は特に、課題A「燃焼流れの特性を予測し得る乱流解析モデル」ではガスタービン燃焼器を対象にしたflameletアプローチに基づく乱流火炎LES解析の実証計算、課題B「流れ変動と干渉する化学反応効果の抽出」では素反応流れ解析結果に基づくflamelet火炎モデルの検証と分散粒子計算を連成した噴霧形成・蒸発・微粒化を考慮した燃焼モデルなどの開発、および、課題C「マルチスケール連成解析における数値計算・可視化の融合技術」では粒子画像処理流速計(PIV)による乱流噴霧流れなど非定常現象の可視化実験計測と乱流数値計算と融合した可視化データポータルの設計構築を行った。資源や環境の有限性が具体的に意識されるようになった今日、特にエネルギー環境問題において重要な位置を占める産業用ガスタービンや輸送機器エンジン等の燃焼流れを対象に、Flameletアプローチに基づくラージ・乱流燃焼場ラージ・エディ・シミュレーション(LES)による数値解析モデリングを確立して、代替燃料や厳しい環境規制に対応しうる合理的な燃焼流れ設計法としての導入を図ることを目的とした。この解析法をマクロスケールでは実用に即した流れ条件にも拡張すること、メゾスケールでは非予混合火炎における不均一な化学反応効果をモデル化すること、ミクロスケールには粒子や火炎内部の現象をデータベース化することによって、より広範囲な燃焼流れ問題に対応し得る数値予測法を開発するにあたり、解決すべき3つの課題を取り上げて以下の成果を挙げた。(1)燃焼流れの特性を予測し得る乱流解析モデルの研究として、乱流LESとflameletアプローチに基づく解析法を提案した。特に、予混合火炎面に対するG方程式モデルと拡散火炎に対する保存スカラーモデルを連成した2スカラーflameletモデルを提案し、これを実用ガスタービン燃焼器の乱流燃焼予測に適用し、その有効性と問題点を明らかにした。(2)流れ変動と干渉する化学反応効果の抽出の研究として、流れ変動と化学反応の干渉の複雑な干渉を検討する1ステップとして、スプレー噴霧によるバーナ燃焼を取り上げて、乱流中と粒子の運動、蒸発、燃焼の過程をLES法に基づきモデル化し、実験計測データとの比較によって、物理過程モデルの有効性を検証した。
光学的線形・非線形傾斜機能型ガラスセラミックスの創製と評価

光を最大限に利用でき、かつ光の制御を可能にする新しい光学的傾斜機能材料、あるいは光エネルギーを電気エネルギーに効率よく変換できる従来にないタイプの光電的傾斜機能材料の開発は今後ますます重要になる。我々は、第二高調波発生を示す光学的に非線形な透明なテルライト系ガラスセラミックス(母体ガラスの組成:15K_2O-15Nb_2O_5-70TeO_2)を発見し、しかも、非線形性の発現は母体ガラスのアルカリ金属イオンの種類に大きく依存することを見出した。すなわち、アルカリ金属イオンの分布を傾斜化することにより、これまで全く発想されることのなかった光学的に線形・非線形な透明な傾斜機能型ガラスセラミックスの創製ができることになる。本研究で得られた成果は次の通りである。1)xNa_2O-(15-x)K_2O-15Nb_2O_5-70TeO_2系の透明ガラスセラミックスの作製を試み、x=08の組成範囲で透明なガラスセラミックスを得た。格子定数の測定から、生成する結晶相においてNa^+とK^+はお互いに全率固溶することが明らかになり、アルカリ金属イオンの組成分布を傾斜化することが可能であることを示した。また、透明ガラスセラミックスの誘電率、熱膨張係数などの物性がNa_2O/K_2O比によって連続的に変化することを明らかにした。2)アルカリ金属イオンが異なる2種類のガラスを高温で接合した後、2段階熱処理することにより透明かつ接合界面近傍でアルカリ金属イオンが傾斜したガラスセラミックスを作製した。3)ガラスセラミックスから発生する第二高調波の強度の測定装置を組立てた。Na_2O/K_2O比と共に第二高調波の強度が急激に小さくなり、特に、x=8の試料では第二高調波の発生は確認できなかった。本研究は、透明な傾斜型ガラスセラミックスの創製が可能であることを初めて実証すると共に、デバイス等への応用が大いに期待できる新規な光機能傾斜型材料であることを明らかにした。
菌産生ポリエステル用高性能結晶核剤の開発

菌産生プラスチックであるポリヒドロキシアルカネート(PHA)の普及の課題となっている迅速、かつ高効率な結晶化に対応できる添加剤の開発を目的にヒマシ油をコアとする分岐状ポリ乳酸を合成した。PHAに少量の分岐状ポリ乳酸を添加したフィルムの結晶化挙動を調べたところ、PHA単独と比較して著しく結晶化が促進した。また、結晶化促進作用は分岐状ポリ乳酸の分子量に依存した。更に分岐状ポリ乳酸を添加することでPHAが著しく微細化し、分岐状ポリ乳酸が結晶核として作用していることがわかった。以上の結果より、再生可能資源からなる分岐状ポリ乳酸がバイオマスプラスチック用添加剤として有望であることが明らかとなった。近年、環境問題に対する関心が高まるにつれ、高分子分野においても環境調和型高分子材料の開発が切望されている。しかし、植物資源から合成されるバイオマスプラスチックの普及には未だ解決しなければならない問題が数多くある。本研究では植物原料からなる分岐状バイオポリマーを合成し、菌産生プラスチックであるポリヒドロキシアルカネート(PHA)の普及の課題となっている迅速、かつ高効率な結晶化に対応できる添加剤に応用することを目的としている。分岐状バイオポリマーは開始剤として主に水酸基を有するヒマシ油を用いて合成した。本合成においてはヒマシ油中に存在する二級水酸基が開始点として重合反応が進行し、ヒマシ油と乳酸の混合比を変化させることで生成する分岐状バイオポリマーの分子量や熱物性の制御が可能であった。上記で合成した分岐状ポリマーをPHAの一種であるPHBVに添加したところ、PHBV単独や直鎖状ポリ乳酸を添加した場合には10°C/minの冷却条件では結晶化せず、5wt%の分岐状ポリ乳酸を添加した場合のみ約60°Cに大きな発熱ピークが見られ、結晶化が進行していることがわかった。本結果は分岐状ポリマーがPHBVの結晶化を効果的に促進したことを示唆するものである。また、分岐状ポリマーによるPHBVの結晶化促進作用は分岐状ポリマーの分子量に依存し、ヒマシ油と乳酸のモル比が1:100の分岐状ポリマーを添加した系において効果が最大となった。また、偏光顕微鏡観察を行った結果、分岐状ポリマーの添加によりPHBVの結晶径が著しく減少しており、分岐状ポリマーが一次核の形成を促進していることが確認された。更にポリ乳酸に分岐状ポリマーを添加した場合においてはポリ乳酸の可塑剤として作用し、分岐状ポリマーがバイオプラスチック用添加剤として大きな可能性を秘めていることがわかった。微生物産生ポリエステルであるポリヒドロキシアルカン酸(PHA)は微生物の体内でエネルギー貯蔵物質として生産され、優れた生分解性や生体適合性を有し様々な分野での利用が期待されている。3-ヒドロキシ酪酸のホモポリマーであるPHBは高結晶性で熱的性質に優れるが結晶サイズが大きく低靱性が問題となっている。3-ヒドロキシ吉草酸との共重合体であるPHBVでは靱性は改善されるものの結晶化に長時間を要しその解決が求められている。本研究ではヒマシ油をコアとする分岐状ポリ乳酸をPHBVに添加し結晶化に与える影響を調べた。分岐状ポリ乳酸はヒマシ油の水酸基を開始点として利用し、ラクチドの開環重合により合成した。本ポリマーはヒマシ油とラクチドの仕込み比により分子量制御が可能であった。PHBVに分岐状ポリ乳酸を少量添加し溶融状態から毎分10°Cで冷却したところ、PHBV単独では結晶化しなかったが、分岐状ポリ乳酸を添加した系では90°C付近にPHBVの結晶化に由来するピークが観察され、結晶化が促進されていることがわかった。分岐状ポリ乳酸の分子量(分岐鎖長)が与える影響について調べた結果、冷却時の結晶化温度は分岐状ポリ乳酸の分子量に依存した。等温結晶化測定により求めた半結晶化時間はいずれの温度においても分岐状ポリ乳酸を添加した系で短縮した。また、偏光顕微鏡観察を行ったところPHBV単独では直径約300μmの球晶が見られたが、分岐状ポリ乳酸を添加ことでPHBV結晶が微細化することがわかった。これは分岐状ポリ乳酸がPHBの結晶核剤として作用していることを示している。以上の結果より、ヒマシ油をコアとする分岐状ポリ乳酸はPHBVに対して優れた増核効果を示し、PHA用結晶核剤としての利用が可能であることが明らかとなった。また、セルロースを添加した場合の結晶化挙動についても調査を行った。

本研究では植物原料からなる分岐状バイオポリマーを合成し、菌産生プラスチックであるポリヒドロキシアルカネート(PHA)の普及の課題となっている迅速、かつ高効率な結晶化に対応できる添加剤に応用することを目的としている。分岐状バイオポリマーは開始剤として主に水酸基を有するヒマシ油を用いて合成した。本合成においてはヒマシ油中に存在する二級水酸基が開始点として重合反応が進行し、ヒマシ油と乳酸の混合比を変化させることで生成する分岐状バイオポリマーの分子量や熱物性の制御が可能であった。上記で合成した分岐状ポリマーをPHAの一種であるPHBVに添加したところ、PHBV単独や直鎖状ポリ乳酸を添加した場合には10°C/minの冷却条件では結晶化せず、5wt%の末端水酸基型分岐状ポリ乳酸を添加した場合のみ約60°Cに大きな発熱ピークが見られ、結晶化が進行していることがわかった。本結果は分岐状ポリマーがPHBVの結晶化を効果的に促進したことを示唆するものである。また、分岐状ポリマーによるPHBVの結晶化促進作用は分岐状ポリマーの分子量に依存し、ヒマシ油と乳酸のモル比が1:100の分岐状ポリマーを添加した系において効果が最大となった。また、偏光顕微鏡観察を行った結果、分岐状ポリマーの添加によりPHBVの結晶径が著しく減少しており、分岐状ポリマーが一次核の形成を促進していることが確認された。更にポリ乳酸に分岐状ポリマーを添加した場合においてはポリ乳酸の可塑剤として作用し、分岐状ポリマーがバイオプラスチック用添加剤として大きな可能性を秘めていることがわかった。ヒマシ油をコアとする分岐状ポリ乳酸を合成し、菌産生ポリエステルの結晶核剤として作用することを明らかとなった。また、開発した分岐状ポリマーをポリ乳酸に添加した際には可塑化効果を発現し、バイオマスプラスチック用添加剤としての可能性も見出されているため、おおむね順調に進展している。菌産生ポリエステルの結晶核剤として分岐状バイオポリマーが有効であることが見出されており、当初の計画通り研究が進行しているため。これまで分岐状バイオポリマーの添加によりポリヒドロキシ酪酸(PHB)やヒドロキシ酪酸とヒドロキシ吉草酸との共重合体の結晶化が促進することが確認された。しかし、共重合組成や分子量の異なる菌産生ポリエステルにおいては結晶化促進効果が異なることが新たに判明した。そこで結晶核剤構造のチューニングを行い、多様な菌産生ポリエステルに適応可能な結晶核剤を開発する。また、ポリ乳酸などの他のバイオマスプラスチックへの添加効果も調べ、高分子添加剤としての幅広い応用を検討する。分岐状バイオポリマーについて、高速冷却時の結晶化挙動を評価し、高性能結晶核剤を開発する。具体的な数値目標としては溶融状態から100°C/分で冷却した場合に3分以内の固化(結晶化)を目指す。また、分岐状バイオポリマーを添加したPHAサンプルのテストピースを作製し、耐熱性、動的粘弾性、引っ張り強度、熱膨張率、曲げ強度(荷重たわみ温度)などの基礎物性を測定する。物性測定の結果と機能との相関を明らかにし、分岐状バイオポリマー合成にフィードバックする。同時に分岐状バイオポリマーの添加による結晶化促進メカニズムを調べる。最適化した分岐状バイオポリマーを用いてPHAの等温結晶化測定を行い、より詳細な結晶化挙動を解析する。
ゼロエミッション化のためのネットワーク分散型生産プロセスデータベースの構築

近年、地球温暖化問題等の全地球的規模での環境問題を背景として、二酸化炭素等の環境排出(エミッション)を社会システム全体として限りなくゼロに近づけることが重要となっている。これらの問題を解消し、社会システム全体として見た環境負荷を低減させるためには、個々の生産プロセスからの排出を再利用可能な有用資源と見なし、他の生産プロセスへの原料投入として有効に活用することが重要である。本研究では、このような生産プロセスの効率的な相互結合を実現するために、現状で廃棄物として扱われている物資の再投入先、需要、価格、さらにはそのままでは利用できない廃棄物を再資源化するための変換プロセス、そのエネルギー/経済コスト等の情報を検索/提供するデータベースシステムを構築した。とくに、個々の生産プロセスに関して詳細な調査に基づいた原料投入、環境排出データベースを構築し、これに基づいて廃棄物の再投入先、需要、価格、再資源化のための変換プロセス等の情報を総合的に検索/提供するシステムの開発を行なった。本研究では、生産プロセスの効率的な相互結合を実現するために、廃棄物として扱われている物資の再投入先、需要、価格、そのままでは利用できない廃棄物を再資源化するための変換プロセス、そのエネルギー/経済コスト等の情報を検索/提供するデータベースシステムを構築するために、以下の研究を行なった。(1)生産プロセスデータベースの構築のための基礎データの収集と分析社会システム全体としてのゼロエミッション化を実現するために個々の生産プロセス間の有機的な結合を提案するデータベースを実現することが本研究の目的であるが、そのための基礎データとして、個々の生産プロセスに関する詳細な原料投入、廃棄物データ、各々の市場価格等の需給バランス、廃棄物を再資源化かするための変換プロセスの有無、そのコスト等を収集する必要がある。計画初年度では、データベースのプロトタイプを構成するため、これらのデータの収集、分析を行なった。(2)生産プロセスデータベースシステムの構築と各種シナリオの分析(1)によって収集されたデータに基づき、プロダクションシステムや種々の組み合わせ最適化手法を用いて、最適な生産プロセス間ネットワーク、必要な変換プロセスの組み合わせやそのコスト等を分析するデータベースとシナリオ分析システムの構築を行なった。
濾胞樹状細胞に依存して発生する新規な単球系細胞による胚中心B細胞活性化機構の解明

濾胞樹状細胞(FDC)は、胚中心反応において重要な役割を担う。我々は、マウスFDC株が新規な単球系細胞(FDMC)の分化を誘導することを発見した。本課題では、FDMCの分化機構および免疫学的役割について検討した。まず、FDMCの分化にはFL-Yが産生するIL-34がCSF-1Rに作用することが重要であった。さらに、FDMCは、抗CD40抗体で刺激したB細胞の増殖および胚中心マーカーの発現を著しく促進し、抗体遺伝子への高頻度突然変異を誘発した。最後に、生体内において、FDMC様の単球系細胞を同定した。これらの結果は、FDCから産生されるIL-34とFDMCが胚中心反応に関与する可能性を示唆する。リンパ組織内に形成される胚中心で惹起される抗体の親和性成熟は,病原体の効率の良い排除および2次免疫応答に重要である。胚中心での抗体の親和性成熟の現象は周知であるにも関わらず,そのメカニズムについては不明な点が多く残っている。特に,胚中心の形成および親和性成熟を誘発するメカニズムについての知見はほとんどない。そこで,本研究課題では,胚中心形成に必須であるとされている濾胞樹状細胞(FDC)の機能を明らかとすることで,胚中心の形成および抗体の親和性成熟の誘発機構の解明にアプローチすることを目的とする。申請者らは、FDCにより誘導され、胚中心形成および親和性成熟に関与する可能性をもつ新規な単球系細胞(FDMC)を発見した。そこで、本研究課題では,FDMCの胚中心反応への関与をin vitroとin vivoの両面から解析する。本年度は,FDMCのB細胞に与える作用について検討した。特に,胚中心B細胞で誘発される抗体遺伝子への体細胞高頻度突然変異の誘発能力について解析した。その結果、抗CD40抗体で刺激したB細胞をFDMCと共培養すると、効率的にセントロブラスト様細胞が誘導されることを確認した。さらに、FDMCとの共培養条件下で、B細胞の抗体遺伝子への変異導入頻度が上昇していた。これらの結果は、FDMCが胚中心反応を制御する可能性を示唆する。次年度以降は、実際にFDMCのin vivoでの存在及び胚中心反応の制御について検討する予定である。本研究では,胚中心形成に必須であるとされている濾胞樹状細胞の機能を明らかとすることで,胚中心の形成および抗体の親和性成熟の誘発機構の解明にアプローチすることを目的としている。本年度は,濾胞樹状細胞株(FL-Y)依存的に誘導され,胚中心B細胞を著しく活性化する能力を持つ新規な単球系細胞(FDMC)の誘導メカニズムの解析に重点をおいた。その結果,FL-Yから産生されるIL-34がFDMC前駆細胞上に発現するCSF-1Rに作用することが重要であることを明らかとした。さらに,このIL-34の作用メカニズムを解明するために,FLAG-tagもしくはStrep-tagを融合したIL-34を導入したFL-Y株を作製した。IL-34を過剰発現するFL-Y株において,FDMCの誘導能力が上昇していたことからも,IL-34の重要性を示した。また,免疫したマウスの脾臓細胞中にFDMCの表現系をもつ細胞集団が増加していた。これらの結果は,FDCおよびIL-34の新規な機能であると考えられる。本研究では,胚中心反応の制御に必須である濾胞樹状細胞(FDC)の機能を明らかにすることで,抗体の親和性成熟を含む胚中心反応の制御メカニズムを解明することを目的とした。特に,近年申請者らの発見したFDCにより誘導され胚中心B細胞活性化能力をもつ単球系細胞(FDMC)の分化機構およびFDMCの生体内での存在について解析した。in vitroの解析より,FDMCの分化にはFDCより産生されるIL-34が重要であることを明らかにした。この結果をもとに,本年度はまず,免疫関連組織におけるIL-34の発現を免疫組織染色により検討した。その結果,FDCが存在する胚中心内においてIL-34陽性細胞を検出した。さらに,それらの細胞はFDCに特徴的なマーカーを発現していたことから,生体内においてもFDCがIL-34を発現している可能性が示唆された。次に,FDMC分化に重要な役割をもつIL-34を欠損したマウスを利用し,生体内におけるFDMC様細胞(IL-34依存的に発生する細胞)の検出を行った。IL-34欠損マウスの腹腔に抗原を免疫後,脾臓中の単球系細胞について解析したところ,IL-34欠損マウスにおいて減少する細胞集団(CD11b+CD115+CXCR4-)を同定した。またこれまでに,FDMCが胚中心B細胞で誘発される体細胞突然変異を誘導するデータも得ている。これらの結果は,生体内においてもIL-34依存的に発生するFDMC様細胞が存在し,胚中心反応を制御している可能性を示唆している。

さらに、FDMCは、抗CD40抗体で刺激したB細胞の増殖および胚中心マーカーの発現を著しく促進し、抗体遺伝子への高頻度突然変異を誘発した。最後に、生体内において、FDMC様の単球系細胞を同定した。これらの結果は、FDCから産生されるIL-34とFDMCが胚中心反応に関与する可能性を示唆する。研究計画書に記載した事項について,ほぼ計画通りに進行した。これまでの研究により,IL-34のFDMC分化への重要性を明らかにした。さらに,IL-34の発現を増強したFDC株においてFDMCを効率良く誘導した。そのため,FDMCを大量に取得することが可能となり,効率的にFDMCの解析を行うことができる。細胞工学、免疫学研究計画書に記載した通り研究を実行する。特に,IL-34ノックアウトを用いて,生体内におけるIL-34の胚中心反応への役割を解析する。研究計画書に記載した研究について、ほぼ計画通りに進展した。これまでの研究で、FDMCのB細胞への影響が明らかとなった。さらに、体細胞高頻度突然変異の誘導能力も示唆された。これらの結果は、当初の計画通りである。研究計画調書に記載した通りに研究を推進する。現在までに、FDMCの胚中心B細胞分化への効果が確認出来ている。そこで、次に、in vivoにおけるFDMCの同定および胚中心反応への関与について検証する。さらに、FDCから産生されるFDMC分化誘導因子についての解析も実施する。
炭酸ガス麻酔と殺豚と電殺豚の肉質比較

豚の脳通電失神と殺法(電殺法)と,炭酸ガス麻酔失神と殺法(ガス麻酔と殺法)とによる,と殺豚肉の肉質を比較することを目的とし,まずと殺前の失神法のストレス負荷の差を比較するため,ストレスホルモン,アドレナリンの放血血液中濃度を指標として比較したところ,一見ストレス負荷が少ないと思われる炭酸ガス麻酔の方が同ホルモン濃度が高かったので,ラットを用い基礎実験した結果,豚を麻酔室へ追込むために使用される電気ムチの影響で高いことが明らかとなった.しかし,ガス麻酔と殺法ではストレス負荷が大きいにも拘らず,異常内PSEの発生率が04%以下であるという事実との矛盾を解明するため,血液と筋肉の両者について両法でと殺した豚について検討した結果,次の諸点が明らかとなり,上記の矛盾の原因も解明された.(1)放血血液のpHは電殺法では7.45±0.067(n=50)であるが,ガス麻酔と殺法では7.00±0.096(n=21)であり,炭酸ガス吸入に起因するアシド-ジスの結果,脳循環血液pHの急激な低下によって脳の機能麻痺による失神状態の出現が推定された.(2)胸最長筋についてと殺後30分以降48時間までのpHの経時的変化を測定比較したところ,電殺豚(n=10)では30分後の6.42から徐々に低下し20時間後に5.84となり,以後やや上昇して6.09となる変化を示したのに対して,ガス麻酔と殺豚(n=10)では頭初から低く30分後の5.74から殆ど変化無く48時間後も5.78であった点は対象的であり,しかも従来PSE発生原因はと殺後1時間以内のpHの急激な低下にあるとされていたが,ガス麻酔と殺豚ではPSE発生は皆無であった.(3)ストレス負荷が大きいにも拘らず,PSEが発生しない原因追及のためアドレナリンが筋肉細胞に作用する際の二次メッセンジャ-として働くcAMPの生成量を比較したところ,電殺豚では極めて高いのに対してガス麻酔と殺豚では顕著に低い(-50%)ことを世果に先駆けて発見したが,その原因はアデニル酸シクラ-ゼ活性が筋肉の低pHのために低下することに起因すると推定した.豚の脳通電失神と殺法(電殺法)と,炭酸ガス麻酔失神と殺法(ガス麻酔と殺法)とによる,と殺豚肉の肉質を比較することを目的とし,まずと殺前の失神法のストレス負荷の差を比較するため,ストレスホルモン,アドレナリンの放血血液中濃度を指標として比較したところ,一見ストレス負荷が少ないと思われる炭酸ガス麻酔の方が同ホルモン濃度が高かったので,ラットを用い基礎実験した結果,豚を麻酔室へ追込むために使用される電気ムチの影響で高いことが明らかとなった.しかし,ガス麻酔と殺法ではストレス負荷が大きいにも拘らず,異常内PSEの発生率が04%以下であるという事実との矛盾を解明するため,血液と筋肉の両者について両法でと殺した豚について検討した結果,次の諸点が明らかとなり,上記の矛盾の原因も解明された.(1)放血血液のpHは電殺法では7.45±0.067(n=50)であるが,ガス麻酔と殺法では7.00±0.096(n=21)であり,炭酸ガス吸入に起因するアシド-ジスの結果,脳循環血液pHの急激な低下によって脳の機能麻痺による失神状態の出現が推定された.(2)胸最長筋についてと殺後30分以降48時間までのpHの経時的変化を測定比較したところ,電殺豚(n=10)では30分後の6.42から徐々に低下し20時間後に5.84となり,以後やや上昇して6.09となる変化を示したのに対して,ガス麻酔と殺豚(n=10)では頭初から低く30分後の5.74から殆ど変化無く48時間後も5.78であった点は対象的であり,しかも従来PSE発生原因はと殺後1時間以内のpHの急激な低下にあるとされていたが,ガス麻酔と殺豚ではPSE発生は皆無であった.(3)ストレス負荷が大きいにも拘らず,PSEが発生しない原因追及のためアドレナリンが筋肉細胞に作用する際の二次メッセンジャ-として働くcAMPの生成量を比較したところ,電殺豚では極めて高いのに対してガス麻酔と殺豚では顕著に低い(-50%)ことを世果に先駆けて発見したが,その原因はアデニル酸シクラ-ゼ活性が筋肉の低pHのために低下することに起因すると推定した.
NaOH処理による高ステージ層間化合物の形成と電子構造の研究

NaOH処理により作製した第8ステージのグラファイト層間化合物(GIC)に対してSTMを用いた原子レベルでの解析を行った。2x2,√3×√3等の超構造と併せて確認した、幾つかのCDWと思われる構造の詳細を調べた結果、最も伝導性の高い一次元軸に対して垂直方向に超構造を形成している可能性が高いことが明らかになってきた。同時に行った、低次元有機伝導体でも、一般的に、伝導軸に垂直な方向に超周期構造が形成されることが示され、2次元系の低次元伝導体における、非対称性からくる1次元軸の重要さが認識されてきた。コヒーレントフォノンを立てやすいとおもられる2次元系伝導体であるBEDT-TTF系の材料に対して、フェムト秒レーザーによる解析を行った結果、コヒーレントフォノンをたてることに成功すると共に、減衰時間が非常に短いことから、表面に置ける、分子・電子構造の揺らぎとの関係が示唆される結果を得た。ドメイン構造の動的な変化を直接観察する試みとあわせて、現在、これら結果の詳細を検討中である。また、上記、NaOH処理を施したGIC試料の表面で、欠陥の周辺で電子波の回折と思われる現象も見出された。同結果に対しても、トンネル電流により、欠陥構造を制御し、異なる、制御された条件下での回折現象の解析を進めている。
芳香族炭化水素受容体ーＣ型肝炎ウイルス相互作用が制御する肝脂肪化と肝発がんの機序

C型肝炎ウイルス(HCV)は感染後に細胞内環境を劇的に変化させ、肝細胞内に脂肪滴を過剰蓄積させるものの、その分子機構は未だ未解明である。申請者は芳香族炭化水素受容体(AhR)の阻害剤flutamideを利用して、脂肪滴産生機構の解析に取り組んでいる。これまでAhR下流遺伝子の中で、CYP1A1が脂肪滴産生に寄与する事を明らかとした。そこで、flutamideよりも選択的かつ強力なAhR阻害剤を探索するとともにAhR下流遺伝子の中で、シトクロムp450 1A1(CYP1A1)が責任因子として脂肪滴並びにHCV産生に寄与するかを検討した。化合物スクリーニングにより、flutamideよりも低濃度で強力にAhR活性およびHCV産生を共に低下させるflutamide誘導体を得た。このflutamide誘導体を処理した細胞ではこれまでの結果と同じく脂肪滴量が低下した。この条件下でCYP1A1を強制発現させると、HCVの感染を問わず脂肪滴の産生が回復した。また、siRNAを用いてCYP1A1をノックダウンしたHCV感染細胞から産生される感染性HCV量は低下した。さらに、AhR活性化剤(TCDD)を処理しAhR下流遺伝子の発現を上昇させたHCV感染細胞から産生される感染性HCV量は化合物未処理細胞よりも上昇したが、CYP1A1をsiRNAでノックダウンした細胞でのみHCV産生が低下した。これらの結果はAhR下流遺伝子の中でCYP1A1が感染性HCV及び肝細胞内脂肪滴産生を制御する責任因子の一つである事を示唆する。すなわちHCVはAhR-CYP1A1経路を利用して効率的脂肪滴形成、並びに感染性HCVを産生する可能性が考えられる。上記の研究成果は学術論文として公表した。申請者は精力的に研究に取り組み、数多くあるAhR下流遺伝子の中でCYP1A1が肝細胞での脂肪滴蓄積及び感染性HCV粒子産生に寄与する責任因子の一つである事を明らかとした。HCV感染後に引き起こされる細胞内環境変化の分子機構は未だほとんど未解明であり、今回の結果はこのメカニズムを解明する上で重要な知見である。また、flutamideよりもAhR選択性が高く且つ強力な阻害剤を同定した。この化合物はAhRによる感染性HCV産生の意義と、がん化への寄与の解析に利用可能であると期待される。すなわち、次年度以降の研究に有用な知見及び材料を得た点で順調に進展したと評価できる。本年度の研究結果より、AhRによる脂肪滴産生制御と感染性HCV粒子産生の分子機構を明らかにした。これを踏まえ、次年度ではAhRを介した感染性HCV産生の意義と、がん化への寄与を明らかにする事を目指す。まずAhRを利用したHCV産生の意義を明らかにするため、HCV感染細胞に新たに同定したflutamide誘導体を含むAhR阻害剤を処理し薬剤耐性HCVを誘導するとともに、AhRノックアウト細胞を作成しこの細胞からの感染性HCV産生能を評価する。また、HCVタンパク質発現による不死化細胞の悪性形質転換にAhRがどのように影響するかの解析からAhR依存的脂質代謝機構の肝発がんへの寄与を評価する。これらによってAhRーHCV相互作用による肝脂肪化と肝発がんおよび、感染性HCV産生における意義を明らかにすることを目指す。

HCV感染後に引き起こされる細胞内環境変化の分子機構は未だほとんど未解明であり、今回の結果はこのメカニズムを解明する上で重要な知見である。また、flutamideよりもAhR選択性が高く且つ強力な阻害剤を同定した。この化合物はAhRによる感染性HCV産生の意義と、がん化への寄与の解析に利用可能であると期待される。すなわち、次年度以降の研究に有用な知見及び材料を得た点で順調に進展したと評価できる。本年度の研究結果より、AhRによる脂肪滴産生制御と感染性HCV粒子産生の分子機構を明らかにした。これを踏まえ、次年度ではAhRを介した感染性HCV産生の意義と、がん化への寄与を明らかにする事を目指す。まずAhRを利用したHCV産生の意義を明らかにするため、HCV感染細胞に新たに同定したflutamide誘導体を含むAhR阻害剤を処理し薬剤耐性HCVを誘導するとともに、AhRノックアウト細胞を作成しこの細胞からの感染性HCV産生能を評価する。また、HCVタンパク質発現による不死化細胞の悪性形質転換にAhRがどのように影響するかの解析からAhR依存的脂質代謝機構の肝発がんへの寄与を評価する。これらによってAhRーHCV相互作用による肝脂肪化と肝発がんおよび、感染性HCV産生における意義を明らかにすることを目指す。
ニュートリノ振動(ν_μ→ν_τ)の研究

原子核乾板を重ねた検出器ECCの全く新しい解析手法「NET-SCAN」が完成した。高速飛跡読み取り装置「UTS」で読み出される飛跡群は精密に3次元的な再構成ができ、その中からニュートリノ反応、チャーム粒子の崩壊、タウ粒子などを識別することができる。また多重散乱法で数GeV/cまで荷電粒子の運動量が測定でき、数十MeV以上のエネルギーを持つガンマ線の電子対の検出もできる。「NBET-SCAN」法の完成で原子核乾板を使うECC検出器は極めて強力で汎用的な素粒子検出器に生まれ変わった。成果1)800GeVの陽子をダンプして作るニュートリノを照射したECCを使ってタウニュートリノの反応を直接検出することに成功した。成果2)平均25GeVのエネルギーを照射したECCに記録されたニュートリノ反応5万例を解析してD^0粒子の生成断面積の測定に成功した。CERNとの国際共同研究OPERAの準備が大きく進んだ。富士写真フィルム社と共同して、新しい原子核乳剤の開発とその乳剤を使ったフィルムエマルションの開発を進めた。新しい乳剤の感度が30個/100ミクロンを有している事を確認し、温度を40度に上げた状態で2週間経過すると、記録した飛跡の銀粒子の約半分を消滅させられることができ、宇宙線バックグランドに強い乳剤である事を確認できた。またフィルムエマルションを厚さ1mmの鉛板と交互にサンドイッチしたECCで8GeV、2GeVの電子が引き起こすカスケードシャワーの検出にも成功した。旧来ECCは数百GeVのカスケードシャワーしか検出できなかったが、今回2桁感動を向上させることができた。今日の素粒子研究で緊急かつ最重要な研究課題の1つは、ニュートリノの質量の解明である。この研究の目的は、ニュートリノの質量をタウ粒子の直接検出によるν_μ→ν_τニュートリノ振動のappearance実験で求める可能性を追求することにある。我々は1990年からCERNの加速器を使って、短基線ニュートリノ振動実験CHORUSを推進し、超高速飛跡読み取り装置を使ってニュートリノ振動の上限値を分析した。その分析結果を使って、長基線ニュートリノ振動実験における原子核乾板の有効性を宣伝した。その結果、昨年CERN研究所は2005年から始まるOPERA計画の推進を承認した。OPERA実験の検出器は「新プロ」の科学研究費の補助を受けてイタリアのグランサッソ地下研究所で建設が始まる。CHORUSとOPERAとは、いずれも名古屋大学で改良を重ねた原子核乾板技術が検出器の主要部をなす。また原子核乾板の解析も名古屋大学で独自に開発して設置した「飛跡自動読み取り装置群」なくして不可能である。2000年の8月には、我々が原子核乾板技術を使って米国のFNALと共同で進めた実験でタウニュートリノの直接検出にも成功し、ν_μ→ν_τ振動実験に原子核乾板技術が有効であることを証明した。原子核乾板を重ねた検出器ECCの全く新しい解析手法「NET-SCAN」を完成させた。高速飛跡読み取り装置「UTS」で読み出される素粒子の飛跡群は精密に3次元的な再構成ができ、その中からニュートリノ反応、チャーム粒子の崩壊、タウ粒子などを識別することができる。また多重散乱法で数GeV/cまでの荷電粒子の運動量が測定でき、数十MeV以上のエネルギーを持つガンマ線の電子対の識別もできる事を実証した。「NET-SCAN」法の完成で原子核乾板を積層したECC検出器は極めて強力で汎用的な素粒子の検出器に生まれ変わり、過去2年間に次のような素粒子物理に関する成果を得た。1)800GeVの陽子をダンプして作るニュートリノを照射したECCを使ってタウニュートリノ反応を直接検出することに成功した。2)平均25GeVのエネルギーのニュートリノを照射したECCを解析して、280例のD^0粒子を伴うニュートリノ反応を識別してD^0粒子の生成断面積を得た。
東アジア地域における青銅器文化の移入と変容および流通に関する多角的比較研究

古代の朝鮮半島における青銅資料などの原料産地と、朝鮮半島と日本との交流関係を明らかにするため、韓国慶尚道・釜山地域出土資料、楽浪土城出土資料、宮内庁所蔵の青銅製品・金銅製品、長野市教育委員会所蔵・国立歴史民俗博物館所蔵の青銅製品、また一部銀製品を対象として鉛同位体比測定を行った。資料点数は240点である。この結果、特にデータの集中する「A」と「B」の2つのグループを見出すことができた。グループAは、韓国出土資料中では良洞里、福泉洞、亀旨路の3遺跡から抽出された。数値の一致性がきわめて高く、日本で出土した「規格品の原料」と称される近畿式・三遠式銅鐸の鉛同位体比とよく一致していること、楽浪出土資料44点中8点の数値がこれと重なり、また28点がこの周辺の数値領域に分布していること、宮内庁所蔵資料からもこれと一致、もしくは近似した数値を示すものが検出されたことなど、韓国青銅器の原料産地や日韓の交流を考える上で注目すべきデータ群である。このグループに属する資料の年代はいずれも紀元前2紀元後4世紀の範囲内にある。グループBはAに比べて分布に多少広がりがあるが、測定を行った韓国出土青銅製品143点中43点、宮内庁所蔵資料34点中13点、歴博所蔵馬形帯鉤6点中5点と多くの資料がここに含まれており、この時期の韓国青鋼製品の鉛原料の主要な産地の一つと推測できる。年代は47世紀初と、Aよりも全体として新しい。原料産地の候補として、Aについては中国の鉱床がまずあげられる。またBについては、これまでの鉛同位体比研究の結果に従えば、中国の華中華南産原料の数値範囲内にあるため中国の鉱床の可能性が考えられるが、一方で、慶尚北道の漆谷鉱山の数値がこれと近接していることや、その周辺の地質状況などから、原料が朝鮮半島南部地域の鉱床からもたらされた可能性についても考慮する必要がある。中国との共同研究に関しては、日本側研究者が雲南省文物考古研究所を訪れ、中国側研究者と共同で今後の研究計画について議論するとともに、現地調査を行い化学分析に適当な資料の予備選定を行った。ベトナム、タイなどアジアの他の地域との関連性を明らかにするために、主として銅鼓を対象とし、年代による型式ごとに区分して系統的に調査する必要があることが合意された。ただし、分析用試料採取については、中国側研究機関と調整がなお必要であり、次年度以降に継続して交渉を行うこととなった。韓国との共同研究に関しては、日本側研究者が韓国慶尚大學校博物館等を訪れ、調査対象資料の選定および分析試料の採取を行った。その後、韓国側研究者が来日し、その試料の分析結果について共同で検討を加え、関西方面の古墳から出土している朝鮮半島製と考えられる資料の調査を行った。今年度は陝川玉田古墳群出土青銅器、韓国・日本出土の馬形帯鉤、生草9号墳出土青銅器、景山里1号墳出土青銅器を対象として検討を加え、百済系と伽耶系の資料では異なる産地の原料が使用されている可能性があること、これまで分析を行った馬形帯鉤は伽耶系資料のデータに比較的近いことがわかった。

今後は、これまで韓国資料の調査経験の豊富な研究者(専修大学・土生田純之教授、岡山理科大学・亀田修一教授、東京大学海外研究者・鄭仁盛氏など)に加わっていただき、考古学的な検討結果から伽耶との関連性が考えられる日本国内の古墳出土の馬形帯鉤の分析例を増やしていくことと、年代の比較的はっきり推定できる馬具も調査対象として視野に入れること、鉛同位体比分析の他に金めっきの製作技法の分析も行うこと、慶尚南道など韓国の他の地域の出土資料の調査も進めていくこと、などの計画が立てられた。調査資料からの分析試料採取に関し、当初予定していた中国側機関と合意を得ることができなかったので、今後はタイやベトナムなど雲南省と関係の深い地域の資料について調査を検討することとし、はじめにタイの銅製錬関係資料を入手して分析を開始した。韓国との共同研究に関しては、日本側研究者が韓国釜山大學校、東義大學校、慶星大學校、嶺南文化財研究院を訪れ、良洞里、内徳里、福泉洞、昌寧・桂城、礼安里、咸陽白川里、勒島、大成洞、亀旨路の出土青銅器から調査対象資料の選定および分析試料の採取を行った。その結果、1つのグループは、弥生時代に原料を輸入し日本で鋳造された近畿式・三遠式銅鐸のデータとよく一致していることがわかった。もう一つのグループは、全体の4割程度の資料が含まれ、これまで測定された馬形帯鉤の多くとも重なっており、主要な産地を示唆するものと考えられる。この結果について、まず日本国内にいる研究者が研究会をもち、あらかじめ予備的検討を加えた。その後、韓国側研究者が来日し、その試料の分析結果について共同で検討を加え、次年度は韓国資料における測定例を増やすとともに、日本国内にある、宮内庁所蔵資料や楽浪出土資料についても分析し検討することとなった。なお、今年度から韓国資料の調査経験が豊富な研究者2名(専修大学・土生田純之教授、岡山理科大学・亀田修一教授)が加わり、さらに3名(宮内庁・福尾正彦氏、東京大学海外研究者・鄭仁盛氏、岡山大学・高田貫太助手)を次年度から加えて研究を行なっていくことになった。古代の朝鮮半島における青銅資料などの原料産地と、朝鮮半島と日本との交流関係を明らかにするため、韓国慶尚道・釜山地城出土資料、楽浪土城出土資料、宮内庁所蔵の青銅製品・金銅製品、長野市教育委員会所蔵・国立歴史民俗博物館所蔵の青銅製品、また一部銀製品を対象として鉛同位体比測定を行った。資料点数は240点である。この結果、特にデータの集中する「A」と「B」の2つのグループを見出すことができた。グループAは、韓国出土資料中では良洞里、福泉洞、亀旨路の3遺跡から抽出された。数値の一致性がきわめて高く、日本で出土した「規格品の原料」と称される近畿式・三遠式銅鐸の鉛同位体比とよく一致していること、楽浪出土資料44点中8点の数値がこれと重なり、また28点がこの周辺の数値領域に分布していること、宮内庁所蔵資料からもこれと一致、もしくは近似した数値を示すものが検出されたことなど、韓国青銅器の原料産地や日韓の交流を考える上で注目すべきデータ群である。このグループに属する資料の年代はいずれも紀元前2紀元後4世紀の範囲内にある。グループBはAに比べて分布に多少広がりがあるが、測定を行った韓国出土青銅製品143点中43点、宮内庁所蔵資料34点中13点、歴博所蔵馬形帯鉤6点中5点と多くの資料がここに含まれており、この時期の韓国青銅製品の鉛原料の主要な産地の一つと推測できる。年代は47世紀初と、Aよりも全体として新しい。原料産地の候補として、Aについては中国の鉱床がまずあげられる。
ステント再狭窄を予防・再開通する温度制御可能な無侵襲・局所温熱治療システムの開発

閉塞性黄疸例に対し、しばしば胆管ステントによる治療が行われているが、その欠点として細胞増殖によるステントの再狭窄がある。マウスを用いてステント内にtumor ingrowthするモデルを作製、超高性能高周波磁界発生装置と非接触型温度センサーを用いた、温度制御化温熱療法を施行することを目的として実験を進め、900kHzの磁場装置を用いることにより市販のステントで十分な発熱が得られることを示した。しかし磁場装置と非接触型温度センサーとの連動した温度制御は達成に至らなかった。悪性腫瘍や良性疾患による閉塞性黄疸例に対し、しばしば胆管ステントによる治療が行われているが、その欠点として細胞増殖によるステントの再狭窄がある。本プロジェクトでは小動物においてステント内にtumor ingrowthするモデルを作成し、超高性能高周波磁界発生装置と非接触型温度センサーを用いて、温度制御化で腫瘍増殖によるステント閉塞に対する温熱療法を施行することを目的として実験を進めている。本年度は、東工大との共同研究により高周波磁界発生装置の作製、性能確認を行った。具体的には、8mm程度の深さを想定し、フェライトコア付き高効率コイルを利用した高周波磁界発生装置を用いて発熱を確認した。さらにB5サイズの超小型電源が実現可能であることをシュミレーションで示し、全身ハイパーサーミア用の電源が実現可能であることを確認した。また動物モデルでは、ヌードマウス及びヌードラットを用いて腫瘍によるステント閉塞モデルの作製を行った。具体的には、マウス及びラットの皮下に類上皮癌細胞A431を接種し、一定程度腫瘍が成長したところで腫瘍内部を核出し、ステントを留置した。ステントは臨床で多く用いられているナイチノールステントを切断したものを利用した。ステント留置後3日目、あるいは7日目でマウスあるいはラットを犠死させ、サンプルはホルマリンにて固定した。ステント閉塞標本は腫瘍をステントごと樹脂包埋し、切片を研磨、HE染色することによって作製した。悪性腫瘍や良性疾恵による閉塞性黄疸例に対し、しばしば胆管ステントによる治療が行われているが、その欠点として細胞増殖によるステントの再狭窄がある。本プロジェクトでは小動物においてステント内にtumor ingrowthするモデルを作製し、超高性能高周波磁界発生装澱と非接触型温度センサーを用いて、温度制御化で腫瘍増殖によるステント閉塞に対する温熱療法を施行することを目的として実験を進めている。本年度は、900kHzの高周波磁界発生装置を用いて臨床で多く用いられている市販のステントについて発熱実験を行いin vitro試験で25度以上の温度上昇が得られることを確認した。200Hzの磁界発生装置では、ステントにおいては十分な熱発生は得られなかった。また、前年度に作製したマウスの皮下に類上皮癌細胞A431を接種し、一定程度腫瘍が成長したところで腫瘍内部を核出、ステントを留置したモデルでは、市販の68mm径のステントを留置することにより腫瘍が圧壊することがある為、腫瘍に隣接してステントを留置し、ステント内部にingrowthするモデルを作製することに成功し、安定した結果を得た。樹脂包埋、HEサンプルにおいてステント内部にingrowthした腫瘍の面積を測定することにより、治療効果判定が可能となった。900kHzの高周波磁界発生装置は、磁界部分の容量の問題からin vivoの実験を行うことはできなかった。また磁場装置と非接触型温度センサーとの連動した温度制御には達成に至らなかった。
内側壁面が回転する環状曲面拡大流路内乱流の瞬時3次元渦構造と熱伝達

凹型,凸型,二円錐,二円筒,二円板流路という複数の不安定流れ要因が同時に作用する5流路での乱流場の挙動をLES(Large Eddy Simulation)とDNS(Direct Numerical Simulation)による数値解析と粒子画像流速計による速度場計測によって調べた.貫流レイノルズ数,内側壁回転数の無次元数であるテイラー数および流路形状が瞬時3次元渦構造,乱流統計量,熱伝達率に与える影響を明らかにした.凹型,凸型,二円錐,二円筒,二円板流路という複数の不安定流れ要因が同時に作用する5流路での乱流場の挙動をLES(Large Eddy Simulation)とDNS(Direct Numerical Simulation)による数値解析と粒子画像流速計による速度場計測によって調べた.貫流レイノルズ数,内側壁回転数の無次元数であるテイラー数および流路形状が瞬時3次元渦構造,乱流統計量,熱伝達率に与える影響を明らかにした.内側壁面が回転する環状流路は遠心分離機,ジャーナル軸受,回転機械にみられ,工業的に重要である.この流路では,軸方向の貫流によるせん断不安定に加えて,回転によるせん断不安定,周方向流線曲率による遠心力不安定,凹曲面上での貫流方向流線曲率による遠心力不安定といった複数の不安定流れ要因が同時に作用する.さらに実際の流れは乱流であり,軸方向に流路面積が変化する場合が多い.本研究は,この複数の不安定流れ要因が同時に作用する乱流場の挙動をLES(Large Eddy Simulation)とDNS(Direct Numerical Simulation)による数値解析と粒子画像流速計による速度場計測によって明らかにすることを目的とする.実験では,出口部半径200mmの現有凹型流路に加え,新たに凸型流路を作成した.貫流レイノルズ数Re=1000,内側壁回転数の無次元数(テイラー数)Ta=04000と変化させて実験を行い,2時刻法での粒子画像流速計により時間平均速度,乱れ強度,レイノルズ応力を算出した.流路の大型化により,より空間的に詳細な速度場の計測が可能となり,流路形状による流れ場の違いが計測された.一般曲線座標系での2次精度差分法を用いた数値解析では,実験流路と幾何学的に相似な凹型・凸型流路での計算をRe=1000(一定), Ta=04000の条件で行った.周方向の計算領域は45度,90度の2通りである.計算結果が貫流出口部境界条件に敏感だったので,出口延長部を設けて計算を行った.本計算条件内ではSGS成分は小さく,LESとDNSの結果は良い一致を示した.また実験同様,流路形状により渦構造が変化する様子が観察された.瞬時渦構造解析では,局所主流方向変動速度成分からストリーク構造を抽出した.内側壁面が回転する環状流路は遠心分離機,ジャーナル軸受,回転機械にみられ,工業的に重要である.この流路では,軸方向の貫流によるせん断不安定に加えて,回転によるせん断不安定,周方向流線曲率による遠心力不安定,凹曲面上での貫流方向流線曲率による遠心力不安定といった複数の不安定流れ要因が同時に作用する.さらに実際の流れは乱流であり,軸方向に流路面積が変化する場合が多い.本研究は,この複数の不安定流れ要因が同時に作用する乱流場の挙動をLES(Large Eddy Simulation)とDNS(Direct Numerical Simulation)による数値解析と粒子画像流速計による速度場計測によって明らかにすることを目的とする.実験では,出口部半径200mmの現有凹型,凸型流路に加え,新たに円錐型流路を作成した.これら3流路で,貫流レイノルズ数Re=1000,内側壁回転数の無次元数(テイラー数)Ta=06000と前年の最大値4000よりも高いTa数まで変化させて実験を行い,2時刻法での粒子画像流速計により時間平均速度,乱れ強度,レイノルズ応力を算出し,流路形状による流れ場の違いが計測された.一般曲線座標系での2次精度差分法を用いた数値解析は,実験流路と幾何学的に相似な凹型・凸型・円錐型3流路に加え,二円筒流路でもRe=1000(一定),Ta=04000の条件で計算を行った.周方向の計算領域は45度,90度の2通りである.実験同様,流路形状により渦構造が変化する様子が観察された.さらに,流れ場を調べる1手段として,速度の周方向相互相関係数とパワースペクトルを計算し,Ta数および流路形状による流れ場の変化を調べた.内側壁面が回転する環状流路は遠心分離機,ジャーナル軸受,回転機械にみられ,工業的に重要である.この流路では,軸方向の貫流によるせん断不安定に加えて,回転によるせん断不安定,周方向流線曲率による遠心力不安定,凹曲面上での貫流方向流線曲率による遠心力不安定といった複数の不安定流れ要因が同時に作用する.さらに実際の流れは乱流であり,軸方向に流路面積が変化する場合が多い.

本研究は,この複数の不安定流れ要因が同時に作用する乱流場の挙動をLES(Large Eddy Simulation)とDNS(Direct Numerical Simulation)による数値解析と粒子画像流速計による速度場計測によって明らかにすることを目的とする.実験では当初の予定を若干変更し,凹型,凸型,円錐型流路を用い,貫流レイノルズ数Re=1000,内側壁回転数の無次元数(テイラー数)Ta=4000で高速度ビデオを用いた実験を行い,4時刻法での粒子画像追跡により下流部位置での時間平均速度,乱れ強度を算出し,流路形状による流れ場の違いを詳細に調べるとともにLES解析結果との比較を行った.一般曲線座標系での2次精度差分法を用いた数値解析では,実験流路と幾何学的に相似な凹型・凸型・円錐型3流路に加え,二円筒・二円板の2流路でもRe=02000,Ta=04000の条件で計算を行った.周方向の計算領域は90度,360度の2通りである.速度勾配テンソル第二不変量の等値面とストリーク構造を同時に可視化することで,各流路での瞬時3次元渦構造の特徴を調べた.また,二次元チャネル乱流,二円筒間(Taylor-Couette)流れの場合と比較することで,流路形状が流れの構造・乱流統計量に与える影響について調べた.