hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タイムマネジメントスキルを活用した有職糖尿病患者への教育プログラムの開発と評価

本研究の目的は,「タイムマネジメントスキルを活用した有職2型糖尿病患者への教育プログラム」を作成した後,その効果を検証することである.文献レビューにより,タイムマネジメントの概念および教育手法について整理し,教育の主軸となる評価指標を作成した.作成した評価指標の信頼性と妥当性を確認するために,外来通院中の糖尿病患者を対象に,作成した評価指標について自記式質問票による調査を実施し,分析対象とした220名のデータについて探索的因子分析を行った.その結果,4つの因子からなる16項目の尺度が作成でき,Cronbach's α係数は,尺度全体および各下位尺度で0.7以上であった.また,確認的因子分析やセルフケア能力尺度(IDSCA)との相関から妥当性の確認ができた.2018年度は,作成した評価指標を用い,生活時間のマネジメントの“仕事の調整"“時間のコントロール"“価値観に合った目標設定と行動"“生活リズムの調整"の4側面から個別面接を実施する層別無作為介入試験を実施した.介入効果は,HbA1c,BMI,及び,生活時間のマネジメント,セルフケア能力,睡眠,ストレスに関する尺度を用いて確認した.介入群14名,対照群15名を分析し, HbA1cとセルフケア能力が,ベースラインと介入後の差で,介入群が有意に改善していたが,BMI,睡眠,ストレスは,差はなかった.セルフケア能力や,HbA1cの改善がみられたことから,就労している糖尿病患者にとって生活時間のマネジメントの視点からの介入は有効であると考えられ,現場での活用を目指し実行可能性を高めるための検討が今後必要である.本研究の目的は、「タイムマネジメントスキルを活用した有職2型糖尿病患者への教育プログラム」を開発した後、その効果を検証することである。平成27年度は、文献レビューにより、タイムマネジメントの概念および教育手法について整理することであった。まず、有職糖尿病患者の教育およびタイムマネジメントに関する文献検討を実施し、患者教育に必要な要素を抽出した。その内容は、「セルフケアの時間確保と療養行動のタイミング」「自分の時間をコントロールしているという感覚」「価値観に合った目標設定と行動」など、6つの要素であった。次に、その抽出した要素をもとに、糖尿病患者のタイムマネジメントスケールを作成した。スケールは、質問に対し「全くそう思わない」から「とてもそう思う」というものに05点の範囲で回答する形式としたが、得点を計算するだけではなく、各項目に回答をしながら生活を振り返り、今後の行動を検討していくものとした。そのスケール自体が介入の主軸となっている。したがって、作成したスケールを活用した教育方法を検討し、介入研究計画を立案した。また、作成した患者教育方法について、糖尿病を専門にしている慢性疾患看護専門看護師や、糖尿病看護認定看護師より意見をもらい、計画を洗練させた。平成28年度は、約5例の患者に対し、パイロットスタディーを実施し、計画したタイムマネジメントの視点を取り入れた教育方法の活用性を検討し、。今年度の計画であった、患者教育方法の検討まで実施しているため。本研究の目的は、「タイムマネジメントスキルを活用した有職2型糖尿病患者への教育プログラム」を作成した後、その効果を検証することである。H27年度は、文献レビューにより、タイムマネジメントの概念および教育手法について整理し、教育の主軸となる評価指標を作成した。H28年度より、その評価指標を使用した介入方法について検討をした。当初は、介入評価として、質問紙によるセルフケア能力と行動を予定していたが、研究協力者と検討し、睡眠とストレスを介入の評価に加えることにした。睡眠状況は、先行研究を参考に、ピッツバーグ睡眠質問票を使用することにした。また、客観的に睡眠状況を確認するために、睡眠計も使用する予定である。睡眠計は、2週間装着してもらい、活動量、睡眠時間、睡眠潜時、睡眠効率についてデータ収集をする。ストレスについては、Perceived Stress Scaleの日本語版であるJapanese Perceived Stress Scaleを使用する。質問紙を用いて睡眠状況を確認するとともに、唾液を用いたストレス関連酵素(コルチゾールなど)の情報を得る予定である。介入内容についても再検討し、特に血糖コントロールに影響が強いと予測される、栄養指導を両群に実施することにした。ただし、就労者という特徴より、介入の負担を減らすため、外来糖尿病教室で実施している栄養指導をビデオ撮影し、15分程度にまとめ、視聴してもらうことにした。H28年4月より、対象患者の登録を開始しており、6月より介入を開始する予定である。介入評価に睡眠とストレスを追加したことにより、使用する質問紙や機器の選定に時間を要した。H29年度より介入を開始しているが、作成した評価指標を尺度として完成させ、介入の評価をすることが望ましいと研究者間で検討し、追加調査を実施した。追加調査は、外来通院中の糖尿病患者300名を対象に、作成した評価指標について自記式質問票による調査を実施し、243名から回答が得られた。質問項目の作成には、探索的因子分析を行った。尺度作成にあたり、糖尿病患者教育の専門家の意見を集約するとともに、信頼性係数であるCronbach's α係数を算出した。

また、セルフケア能力尺度(IDSCA)と健康関連QOLであるSF-12の下位尺度と作成した尺度との相関を確認した。その結果、4つの因子からなる16項目の尺度が作成でき、Cronbach's α係数は、尺度全体および各下位尺度で0.7以上であった。以上の追加調査について論文を作成すると共に、作成した尺度を、看護介入の評価に活用する予定である。介入研究においては、介入群、非介入群、各20名を登録し、介入群に対する介入を終了した。現在は両群において、介入後のデータ収集を行っている。作成した自作の質問紙について、信頼性と妥当性を確認するための調査を追加したことにより、調査が遅れている。本研究の目的は,「タイムマネジメントスキルを活用した有職2型糖尿病患者への教育プログラム」を作成した後,その効果を検証することである.文献レビューにより,タイムマネジメントの概念および教育手法について整理し,教育の主軸となる評価指標を作成した.作成した評価指標の信頼性と妥当性を確認するために,外来通院中の糖尿病患者を対象に,作成した評価指標について自記式質問票による調査を実施し,分析対象とした220名のデータについて探索的因子分析を行った.その結果,4つの因子からなる16項目の尺度が作成でき,Cronbach's α係数は,尺度全体および各下位尺度で0.7以上であった.また,確認的因子分析やセルフケア能力尺度(IDSCA)との相関から妥当性の確認ができた.2018年度は,作成した評価指標を用い,生活時間のマネジメントの“仕事の調整"“時間のコントロール"“価値観に合った目標設定と行動"“生活リズムの調整"の4側面から個別面接を実施する層別無作為介入試験を実施した.介入効果は,HbA1c,BMI,及び,生活時間のマネジメント,セルフケア能力,睡眠,ストレスに関する尺度を用いて確認した.介入群14名,対照群15名を分析し, HbA1cとセルフケア能力が,ベースラインと介入後の差で,介入群が有意に改善していたが,BMI,睡眠,ストレスは,差はなかった.セルフケア能力や,HbA1cの改善がみられたことから,就労している糖尿病患者にとって生活時間のマネジメントの視点からの介入は有効であると考えられ,現場での活用を目指し実行可能性を高めるための検討が今後必要である.平成28年度は、作成した患者教育を実施し、活用性を検討した後、さらに教育方法を洗練させ介入研究を実施する。対照のある非盲検ランダム化試験とする。有職2型糖尿病患者のうち、研究の同意を得られた外来通院患者40名を、2群に分け、教育効果を確認する。効果の指標には、HbA1c、体重、脂質データなどに加え、仕事とセルフケアの両立に関する自作の質問紙、IDSCA(The Reliability andValidity of Instrument of Diabetes self-Care Agency糖尿病セルフケア能力測定ツール2011清水)によるセルフケア能力の測定を、ベースラインと介入終了後に調査する。また、患者の変化として、介入時の患者の発言や様子を記録し、その変化を質的に分析する。
受動的stretchingによる筋肥大と成長因子、および筋分化制御因子の関連性

本研究は,受動的stretchingによる筋肥大と成長因子および筋分化制御因子との関連について検討するために,10週齢のWistar系雄性ラットを用い,1)正常な神経支配の協働筋切除による機能的過負荷を施したグループ(NM-OL)。2)正常な神経支配の協働筋切除の偽手術を施したグループ(NM-Cont)。3)除神経を施し,さらに協働筋切除による機能的過負荷を施したグループ(DN-OL)。4)除神経を施し,協働筋切除の偽手術を施したグループ(DN-Cont)の4つのグループを作成し,IGF-1,MGF,FGF-2 (basic FGF),FGF-6,およびMyoD mRNAの発現量の変化について観察を行った。NM-Contと比較してNM-OL群では,処置3日後,7日後,21日後ともに足底筋の筋重量が有意に高い値を示した。一方,除神経を施した足底筋では除神経による萎縮が観察されたものの,DN-Cont群と比較してDN-OL群の筋重量が有意に高い値を示した。NM-Contと比較してNM-OL群は,type Iミオシン重鎖の割合が有意に高い値を示した。また,DN-Cont群と比較してDN-OL群においても,type Iミオシン重鎖の割合が有意に高い値を示した。FGF-2 mRNA,およびFGF-6 mRNAは除神経によって発現量が低下した.一方,IGF-I,およびMGF mRNAは除神経による発現量の変化は観察されなかった.NM-OL群およびDN-OL群は,それぞれNM-ContおよびDN-Cont群と比較して,IGF-I mRNAでは処置3日後,7日後に,MGF mRNAは処置3日後に,FGF-2 mRNAおよびFGF-6 mRNAは処置3日後,7日後,21日後のいずれにおいても高い発現量を示した.筋分化制御因子との関連について,MyoD mRNAは除神経により発現量の増加が観察された.処置3日後および7日後のMyoD mRNAは,NM-ContおよびDN-Cont群と比較してNM-OL群およびDN-OL群のMyoD mRNA発現量が高い値を示す傾向にあった.NM-OL群とNM-Cont群,およびDN-OL群とDN-Cont群のMyoD proteinには差は認められなかった.このように,受動的stretchingによる筋肥大は,IGF-IやFGF familyなどの成長因子,およびMyoDに代表される筋分化制御因子が複合的に関連している可能性が示唆された。本研究は,受動的stretchingによる筋肥大とMyoD familyとの関連について検討するために,10週齢のWistar系雄性ラットを用い,1)正常な神経支配の協働筋切除による機能的過負荷を施したグループ(NM-Cont)。2)正常な神経支配の協働筋切除の偽手術を施したグループ(NM-OL)。3)除神経を施し,さらに協働筋切除による機能的過負荷を施したグループ(DN-Cont)。

4)除神経を施し,協働筋切除の偽手術を施したグループ(DN-OL)の4つのグループを作成し,MyoDの発現量の変化について観察を行った。協働筋切除は,腓腹筋,ヒラメ筋を遠位方向から2分の1切除することによって足底筋に過負荷を施した。除神経は,拮抗筋を支配している総腓骨神経は正常に保ち,脛骨神経のみを約0.5mm切り取ることによって足底筋に対し除神経を施した。機能的過負荷,および除神経を実施した後,足底筋の筋重量は,処置3日後,7日後,21日後ともNM-Contと比較してNM-OL群において有意に高い値を示した。また,除神経を施した足底筋においても,DN-Cont群と比較してDN-OL群の筋重量が有意に高い値を不すことが認められた。NM-Contと比較してNM-OL群は,typeIミオシン重鎖の割合が有意に高い値を示した。一方,DN-Cont群とDN-OL群との比較では,typeI, IIa, IIb,およびIIxのいずれにおいても,差は認められなかった。MyoDのタンパク量は,NM-OL群とNM-Contとの間に差は認められなかった。また,DN-OL群とDN-Cont群との間にも差は認められなかった。一方,処置3日後のMyoD mRNAの観察では,筋重量の変化と同様にNM-OL群はNM-Contと比較して発現量が増加し,DN-OL群はDN-Cont群と比較して発現量が増加する傾向が認められた。このことから,受動的stretchingによる筋肥大は,MyoD mRNAの発現量と関連がある可能性が示唆された。本研究は,受動的stretchingによる筋肥大と成長因子および筋分化制御因子との関連について検討するために,10週齢のWistar系雄性ラットを用い,1)正常な神経支配の協働筋切除による機能的過負荷を施したグループ(NM-Cont)。2)正常な神経支配の協働筋切除の偽手術を施したグループ(NM-OL)。3)除神経を施し,さらに協働筋切除による機能的過負荷を施したグループ(DN-Cont)。4)除神経を施し,協働筋切除の偽手術を施したグルーブ(DN-OL)の4つのグループを作成し,IGF-I, MGF, FGF-2 (basic FGF), FGF-6,およびMyoD mRNAの発現量の変化について観察を行った。NM-Contと比較してNM-OL群では,処置3日後,7日後,21日後ともに足底筋の筋重量が有意に高い値を示した。一方,除神経を施した足底筋では除神経による萎縮が観察されたものの,DN-Cont群と比較してDN-OL群の筋重量が有意に高い値を示した。NM-Contと比較してNM-OL群は,type Iミオシン重鎖の割合が有意に高い値を示した。また,DN-Cont群と比較してDN-OL群においても,type Iミオシン重鎖の割合が有意に高い値を示した。FGF-2 mRNA,およびFGF-6 mRNAは除神経によって発現量が低下した.一方,IGF-I,およびMGF mRNAは除神経による発現量の変化は観察されなかった.NM-OL群およびDN-OL群は,それぞれNM-ContおよびDN-Cont群と比較して,IGF-I mRNAでは処置3日後,7日後に,MGF mRNAは処置3日後に,FGF-2 mRNAおよびFGF-6 mRNAは処置3日後,7日後,21日後のいずれにおいても高い発現量を示した.
新規酵素群グリセロホスホジエステルホスホジエステラーゼを分子標的とした基盤研究

動物におけるGDEファミリーの生理的役割の解明を目的として、中枢神経系において強い発現が認められるGDE2について機能解析を行った。神経芽腫細胞株Neuro2Aのレチノイン酸刺激による分化誘導に伴ってGDE2は著しく発現誘導し、Neuro2A細胞にGDE2を安定に発現させたところ、有意な突起伸長の促進が観察された。また、GDE2は核周辺部と成長円錐に局在したことから、GDE2はNeuro2A細胞における突起伸長に重要な役割を担うことが示された。さらに、GDEファミリーをヒトゲノムよりバーチャルに探索した結果、新規GDE遺伝子としてGDE7を同定した。GDE7は2回膜貫通領域を有し、皮膚組織において豊富に発現していること、また、ヒト皮膚表皮細胞の分化過程において一過性に発現することが確認され、皮膚表皮細胞の生理機能に役割を担う可能性が示唆された。また、唯一の可溶性型GDEであるGDE5の骨格筋における生理的役割の解明を目的として、骨格筋特異的なGDE5過剰発現マウス(GDE5Tg)を樹立した。GDE5Tgでは、大腿筋などの速筋型骨格筋の萎縮を呈し、速筋型の筋線維タンパク質のmRNAの発現が低下していたことから、速筋型特異的病変であることが示唆された。さらに、DNAマイクロアレイ解析によってGDE5Tgの骨格筋において発現変動している遺伝子の網羅的な探索を行った結果、HSPやdefensinなどのストレスマーカーとなる遺伝子の発現誘導が認められ、老化型筋萎縮と同様の形質を示していることが明らかとなった。同モデルは、骨格筋疾患の予防や改善を指向した食環境の評価系として応用可能であると思われる。本研究では、動物由来GDEは細胞骨格を調節する酵素群であることに着目し、以下解析を行った。動物におけるGDEファミリーをゲノムより単離し、既に3種類の新規GDE遺伝子を同定している。GDE3のhomologであり、中枢神経系において強い発現が認められるGDE2について機能解析を行った。神経芽腫細胞株Neuro2Aのレチノイン酸刺激による分化誘導に伴ってGDE2の著しい発現上昇が認められ、また、Neuro2A細胞にGDE2を安定に発現させたところ、有意な突起伸長の促進が観察された。また、GDE2タンパクに対する抗体を作製し、GDE2は核周辺部と成長円錐に局在したことから、GDE2はNeuro2A細胞における突起伸長に重要な役割を担うことが示された(FEBS Lett. 2007)。さらに、レトロウイルス系を用いたGDE2、およびGDE3の発現系を構築した。GDE5は、GDE領域、およびグリコーゲンなどの多糖類結合領域を有し、筋組織やマウス前駆脂肪細胞3T3-L1の分化後において著しく発現しているとことが明らかになっている。本研究においては骨格筋におけるGDE5の発現解析を行ったところ、神経切除などの筋萎縮モデルでは骨格筋において発現が減少した。また、レトロウイルス法を用いて、3T3-L1細胞においてGDE5を発現させたところ、脂肪細胞の分化を抑制し、インスリンシグナルを減弱させていることが示唆された。GDE5の骨格筋特異的な過剰発現を目的としたトランスジェニックマウスの作製に着手し、現在までにGDE5の骨格筋における過剰発現まで確認済みである。今後は、インスリン抵抗性などに対する影響を解析する予定である。動物におけるGDEファミリーをヒトゲノムよりバーチャルに探索した結果、新規GDE遺伝子としてGDE7を同定した。GDE7はGDE1やGDE4と同様に2回膜貫通領域を有し、アミノ酸配列による進化系統樹解析においても、GDE1やGDE4と近縁に位置していた。また、GDE7は皮膚組織において豊富に発現していること、また、ヒト皮膚表皮細胞の分化過程において一過性に発現することが確認され、皮膚表皮細胞の脂肪酸代謝や物質透過性などに関与する可能性が示唆された。

また、グリコーゲン結合領域を有し、唯一の可溶性型GDEであるGDE5は骨格筋疾患の発症に関与するとの仮説を立て、GDE5の骨格筋特異的な過剰発現を目的としたトランスジェニックマウスの作製に着手し、骨格筋特異的なGDE5過剰発現マウスを樹立した。骨格筋特異的GDE5過剰発現マウス(GDE5Tg)は、大腿筋などの速筋型の筋萎縮像を呈し、速筋型の筋線維タンパク質のmRNAの発現が低下していた。また、高脂肪食下のインスリン抵抗性の発症には影響しない点も速筋型病変であることが示唆された。さらに、DNAマイクロアレイ解析によってGDE5Tgの骨格筋において発現変動している遺伝子の網羅的な探索を行った。その結果、ストレスマーカーとなる遺伝子の発現誘導が認められ、老化型筋萎縮と同様の形質を示していることが明らかとなった。同モデルは、筋萎縮の予防、または改善を指向した食環境や創薬のスクリーニングにも応用可能であると思われる。
新生仔マウス精嚢の増殖と分化に対するレチノイン酸の効果

新生仔マウス精嚢の発育に及ぼすレチノイン酸(RA)の影響をin vitroで検討した。0日齢雄マウスから採取した精嚢をトランスフェリン、BSA、DHT、インスリンを含む無血清培地で最高6日間培養した。培養前には、皺襞のみられない上皮が、間質に取り囲まれているにすぎないが、DHTを含む培地で培養すると、培養2日目より多数の上皮の皺襞が形成される。一方、DHTを含まない培地で培養すると、その皺襞は形成されない。10^<-9>Mから10^<-6>MのAll-trans-RA、あるいは13-cis-RAをDHTを含む培地に加えると、DHTによる上皮の皺襞形成が用量依存的に抑制される。また、その抑制効果は可逆的であった。[^3H]-thymidineを用いたautoradiographyや蛋白量の検討でも、RAによる抑制効果が示された。また、9-cis-RAの抑制効果は、All-trans-RAや13-cis-RAに比べると少なかった。DHTを含まない培地では、All-trans-RAの抑制効果はみられなかった。次に、RT-PCRによるマウスRA受容体の発現に関する検討で、新生仔マウス精嚢においてRARα、RARγ、RXRαの強い発現が示された。以上より、RAは新生仔マウス精嚢のアンドロゲン依存性の発育を可逆的に抑制することが示され、その抑制効果はRARを介していることが予想された。
ＲＣ床版内における水平ひび割れ発生メカニズムの解明

道路橋RC床版内部に発生する水平ひび割れの発生メカニズムを解明するために,RC床版打設直後に床版内部のコンクリートに発生する収縮ひずみに着目した研究を実施した.本研究では水平ひび割れの起点が主鉄筋,配力鉄筋付近にあることに注目し,鉄筋周辺に発生するであろう局所的なコンクリートの収縮ひずみを調査することにした.その結果,床版内の鉄筋周辺のコンクリートにはごく小さい範囲に局所的な引っ張りひずみが発生している可能性が高く,その影響と外力の複合効果によって水平ひび割れが発生している可能性を提示することができた.本研究課題においては、RC床版内部に発生する水平ひび割れの発生メカニズムに大きく影響するファクターとしてRC床版のコンクリート打設直後の若材齢時にコンクリートに発生する各種収縮ひずみの存在に着目して研究を進めている。本研究課題で特に着目しているのはRC床版の中でも圧縮側鉄筋の位置で発生する水平ひび割れである。このひび割れは一般に点検で発見することは不可能であり、さらにRC床版の曲げ剛性を大幅に低下させることから、道路橋の維持管理において特に重要であると考えられている。平成24年度には小型床版モデルを用いたコンクリート打設実験を行うと同時に、熱伝導解析に基づく温度応力解析を実施した。その結果、圧縮側鉄筋の周辺では特に厚さ方向に発生するひずみがこれまでに知られていた長手方向(鉄筋に沿った方向)のひずみとは全く異なる挙動を示すことを確認することができている。平成25年度には平成24年度の実験結果に基づき、さらに詳細なFEMモデルを構築し、RC床版内部、特に圧縮側鉄筋の周辺でどのようなひずみ挙動が発生しているのかを推定するための温度応力解析を実施した。その解析の結果として、圧縮側鉄筋の周辺には鉄筋を取り囲むように引張ひずみが発生する領域が存在する可能性が高いことが明らかになってきた。ただし、このとき計算で求められたひずみの大きさは、必ずしも収縮ひずみのみでひび割れが発生するとは言い切れない程度の大きさであり、RC床版が初期欠陥としてのひび割れを抱えているという状況にはないことが確認できた。今後は実際の水平ひび割れの発生する状況について考察するために若材齢時の収縮ひずみと外力(輪荷重)によるひずみとの組み合わせを考えた検討を行う予定である。道路橋RC床版内部に発生する水平ひび割れの発生メカニズムを解明するために,RC床版打設直後に床版内部のコンクリートに発生する収縮ひずみに着目した研究を実施した.本研究では水平ひび割れの起点が主鉄筋,配力鉄筋付近にあることに注目し,鉄筋周辺に発生するであろう局所的なコンクリートの収縮ひずみを調査することにした.その結果,床版内の鉄筋周辺のコンクリートにはごく小さい範囲に局所的な引っ張りひずみが発生している可能性が高く,その影響と外力の複合効果によって水平ひび割れが発生している可能性を提示することができた.2012年度は道路橋床版内部の水平ひび割れ発生要因の一つとして床版コンクリート打設時に発生することが予想される、コンクリート若齢時の収縮ひずみの発生状況について調査を行った。まず、コンクリート打設時に鉄筋周辺のコンクリートに生じる収縮ひずみを汎用有限要素解析により計算してみたところ、鉄筋の上下に鉛直方向の引張ひずみが生成されることが明らかとなってきた。この点については現時点のモデルでは十分といえないので、2013年度にはより正確な挙動を再現できるモデルによる検討を行う予定である。また、実際の収縮ひずみの発生状態を確認するための要素試験を実施し、コンクリート打設から2週間程度のデータを採取した。その結果として、これまでに計測されていた水平面内もしくは鉄筋に生じるひずみから考えられる挙動とは全く異なる挙動が記録されていたことが判明し、この点について更なる検討が必要であるものと考えられる。以上のことから、現在得られている知見からは決定的であるとはいえないものの、当初の予想であるコンクリートの「若材齢時の収縮ひずみ」が水平ひび割れ発生の駆動力の一つである可能性が十分にあることが強く示唆されており、鉄筋コンクリート床版内部の水平ひび割れの発生メカニズムの一つを解明できる可能性は非常に高まったものと考えている。本研究課題では,道路橋RC床版における水平ひび割れの発生メカニズムを解明するために,その発生要因としてコンクリート打設後に発生するコンクリートの乾燥収縮・自己収縮等に伴う収縮ひずみに着目した.RC床版内部の水平ひび割れは既往の研究から水平ひび割れは主鉄筋近傍に発生することが確認されているが,既往の研究では床版内の鉄筋を分散鉄筋モデルでモデル化していることにより,鉄筋がRC床版内に存在することによる影響を考慮できない解析がほとんどであり,水平ひび割れ発生のメカニズム解明に寄与できるような研究成果は殆ど存在しなかった.そこで,本研究課題では鉄筋を離散的に扱うことを目的とした,ソリッド要素によるモデル化を実施し,温度応力解析を行うと同時に床版モデル内のひずみを把握することを目的とした実験を実施した.温度応力解析においては,鉄筋近傍において鉄筋表面の円周方向に沿って引張のひずみが導入される可能性が高いことが明らかとなった.ただし,この時に導入されるひずみのみではコンクリートが破損する可能性は低いことも確認されている.この引張ひずみ存在下において活荷重の作用に伴うひずみが重畳された際には鉄筋付近からコンクリートが破損する大きさとなっており,輪荷重走行試験前にはRC床版内に水平ひび割れが確認されることはないが,輪荷重走行試験後には水平ひび割れが多く確認されることと合致する結果である.また,近年では鋼道路橋では合成桁が採用されているので,鋼主桁による外部拘束の影響を考慮するための検討も実施した.この検討では床版モデルに主桁を接合し外部拘束を導入したモデルを作成し,温度応力解析を実施した.

このときの解析結果では,両モデルのひずみ・応力を比較することにより,外部拘束が収縮ひずみにどのような影響を与えているかを調べたが,このモデルでは外部拘束による明確な差を確認することができなかった.維持管理工学当初、本研究課題では床版の研究に不可欠な輪荷重走行試験機を活用することを考えていたが、研究代表者の異動に伴い輪荷重走行試験機を活用できない研究環境となったことから、輪荷重走行試験機を使わない方向で研究を進めてきた。しかしながら、有限要素解析に基づく研究では実際の力学的環境を再現する面で限界があり、何らかの形で輪荷重が関与している力学的環境の再現を実現する必要性が生じているため。本研究課題では輪荷重走行試験によるシミュレーションを計画に含んでいたが、研究代表者の所属機関の変更により輪荷重走行試験機の使用が本研究課題の予算内では不可能となり、この系統の検討が進んでいない。これに対し有限要素解析やそれを補強するための実験は順調に進行しており、この部分ではコンクリート若材齢時の収縮ひずみが十分に水平ひび割れの原因足りうるだけの影響をもつことが可能であることを確認できており、ほぼ予定通りの進捗であると考えている。以上のことを総合的に判断すると「やや遅れている」と判断せざるを得ない。本研究課題の目標を達成するためには有限要素解析による検討のみではなく、実際にRC床版が置かれている力学的環境を再現する必要が生じている。そのため、今後は小型ではあるが輪荷重を載荷し、その走行を再現できる試験機を構築し、実際にRC床版への輪荷重の走行載荷を行うことにより、RC床版内部のひずみ分布状態や水平ひび割れの発生部位を特定し、水平ひび割れの発生メカニズムを明らかにすることを目指して研究を推進する予定である。本研究課題では鉄筋コンクリート床版内の水平ひび割れの発生・進展過程を確認することが重要な目的であるため、この目的を達成するための各種研究を推敲することが必要である。そのためには、まず、研究代表者の所属機関の変更により実施できない状況となっている輪荷重走行試験に代わる試験方法を開発し、実施することを考えている。現在は本研究課題の置かれている環境から、より安価で代替試験として有効な載荷条件を実現するための方策を検討しており、2013年度内には実施できる見通しである。また、解析的アプローチに関しては、従来よりも詳細なモデルを構築することにより、ある程度の成果を収められるめどが付きつつあるので、従来通りの方針を堅持し、研究を推進する予定である。平成25年度では有限要素解析に基づく研究を展開してきたが、年度半ばにおいて実際の力学的環境の再現を行う必要性があるとの結論に達していたが、その時点で再現実験に使用する試験機を構築できるだけの残額がなかったので、次年度の予算と合わせて使用することとした。平成26年度には平成25年度の残額(1,046,400円)と合わせて1,200,000円を試験機の構築に使用し、300,000円をRC床版試験体の作製、残額(1,046,400円)をひずみゲージ等計測センサー類の購入に充てる計画である。
プログラマブル多次元ディジタル波形信号合成器の開発とその設計自動化に関する研究

本研究では,プログラマブル多次元ディジタル波形信号合成器とその設計支援ツールを開発した.当初は,多次元信号合成器を単一の回路構成で直接実現する予定であったが,多次元化による回路規模の増大を抑える術が無く,最終的には,従来手法同様,一次元信号合成器の組合せによる実現を採用せざるを得なかった.しかし,多次元への拡張を前提として,算術変換に基づく新たな一次元信号合成器を設計したことにより,従来よりも容易な多次元合成器の設計が可能になった.開発した手法を自動車のエンジン制御に用いられるバーチャルセンサーの設計に応用した結果,ソフトウェア実装に比べ約55倍の処理性能を持つ信号合成器の自動設計に成功した.プログラマブルな多次元ディジタル波形信号合成器とその設計自動化ツールの開発を最終目的とし,平成25年度は,合成器の多次元化への初期段階として以下の研究を行った.1.数学関数回路の多変数化,および評価実験波形信号合成器の多次元化への初期段階として,まずは合成器の中心的な部品である数学関数回路の多変数化について研究を行った.先行研究で開発した数学関数回路は,理論的には多変数に拡張可能であるため,多変数化すると回路サイズや性能がどのように変化するかを実際の評価実験により調査したところ,当初想定していた最悪の状況通り,回路サイズが次元の増加とともに爆発的に(指数関数的に)増加してしまうため,理論通りの単純な多変数化では実用的な多次元合成器が得られない(小規模な合成器しか設計できない)ことがわかった.そこで,当初の計画通り,決定グラフを用いた回路サイズの縮小を試みたが,次元の増加による回路サイズの増加を決定グラフによる圧縮では十分に抑えることができず,残念ながら期待した効果を得ることができなかった.これらの研究結果から,多次元化には,小手先の圧縮技術だけではなく,回路構成の根本的な改善が必要であることが明らかになった.2.多次元離散データから多次元波形信号を生成するための手法の考案数学関数として定義されていない観測データや実験データなどの離散データに対しても波形信号合成器を自動生成できるように,その設計手法の考案も上記研究と並行して行った.その結果,与えられた多次元データをまずは多変数スプライン補間関数により連続関数へと変換し,その連続関数をマルチリニア補間関数により区分的に近似することで,与えられたデータに対して自然で滑らかな波形信号を少ない計算量で生成することに成功した.生成した波形信号の関数を数学関数回路で実現すれば,離散データから合成器を直接自動設計できることを確認した.プログラマブルな多次元ディジタル波形信号合成器とその設計自動化ツールの開発を最終目的とし,平成26年度は,合成器のプロトタイプの開発を目指し以下の研究を行った.1.新しい多変数数学関数回路を用いた合成器の開発,および評価実験平成25年度に得られた「多次元化による回路サイズの大幅な増加を抑えるには,回路構成の根本的な見直しが必要」という研究成果を踏まえ,26年度は,回路サイズを小さくするための回路構成として,繰り返し計算回路や算術変換に基づく回路など様々な回路構成の再検討から研究を始め,原点となる一変数数学関数を効率よく計算する新たな回路構成の考案に成功した.考案した回路構成は,国際的な学術論文誌で発表し,専門家による評価を得た.また,考案した回路を複数組み合わせることで,設計の容易さや数学関数回路の汎用性は犠牲にするが,回路サイズの指数関数的な増大を回避でき,コンパクトな回路で多次元波形の生成が可能であることも確認した.2.プログラマブル多次元ディジタル波形信号合成器のプロトタイプ開発新たな数学関数回路の考案と並行して,多様な波形信号を単一のハードウェアで生成できる合成器のプロトタイプ開発も行った.平成25年度までは,汎用的な数学関数回路を1つだけ用いて合成器を構成しようと試みたが,26年度は,複数の数学関数回路での構成に方針を変更した.しかし,合成器のプロトタイプ開発では,複数の数学関数回路で共通する部分とそれ以外の部分に分け,共通化できない部分を用途ごとに切り替え可能な付加回路として実現することにより,汎用性と回路のコンパクトさ(単一のハードウェアでの実現)の両立を目指した.FPGAを用いた評価実験により,前年度まで検討していた汎用的な回路のみで構成する合成器より,切り替え可能な付加回路を用いた方が,全体としてコンパクトな合成器になることを確認した.プログラマブルな多次元ディジタル波形信号合成器とその設計自動化ツールの開発を目指し,平成27年度は,以下の研究を行った.1.ノイズ信号の数学的な解析と数理計画法などを用いた設計最適化ツールの開発前年度までに開発した合成器を仕様で要求される信号品質(ノイズの小ささ)に応じて自動生成するために,関数近似で生じる近似誤差,数値を有限桁で表現する際に生じる丸め誤差,回路内の計算で生じる計算誤差を考慮して,合成器で生じるノイズ信号を数式によりモデル化し,数値や各演算器のビット精度を最小化するツールを開発した.残念ながら,開発した合成器の構造が生成する信号に大きく依存してしまうため,任意の信号合成器に対応することはできなかったが,下記で述べる応用例に関しては,要求された精度に応じた回路の自動生成を可能にした.2.合成器の応用分野の新規開拓新たな応用分野を開拓するために,地元企業(自動車会社)から提供された情報をもとに,本研究で得られた技術を自動車のバーチャルセンサーに応用した.バーチャルセンサーとは,コストやサイズなどの関係で取り付けることができない

センサーの信号を,他のセンサーの信号から計算により仮想的に生成する機器のことであり,今回は,エンジンのクランク角,エンジン内の圧力,過去の温度から現在のエンジン内の発熱量を生成するバーチャルセンサーを設計した.要求された精度に応じたバーチャルセンサーを自動生成できるだけでなく,パラメータ等を設計後に柔軟に変更できる.そのような柔軟性を保持しながらもソフトウェア実装の55倍の速度向上を達成した.これにより,実際のセンサーと遜色無く,リアルタイムな制御にセンサーの信号を利用できる.本研究では,プログラマブル多次元ディジタル波形信号合成器とその設計支援ツールを開発した.当初は,多次元信号合成器を単一の回路構成で直接実現する予定であったが,多次元化による回路規模の増大を抑える術が無く,最終的には,従来手法同様,一次元信号合成器の組合せによる実現を採用せざるを得なかった.しかし,多次元への拡張を前提として,算術変換に基づく新たな一次元信号合成器を設計したことにより,従来よりも容易な多次元合成器の設計が可能になった.開発した手法を自動車のエンジン制御に用いられるバーチャルセンサーの設計に応用した結果,ソフトウェア実装に比べ約55倍の処理性能を持つ信号合成器の自動設計に成功した.研究は当初の計画通り進めており,「研究実績の概要」の欄で述べた成果が得られただけでなく,得られた研究成果の一部を他の研究に応用し,招待講演を依頼されるなど,想定を上回る研究成果が得られている.これらのことから判断すると,おおむね当初の計画通りの進展状況あるいは,それ以上と言えるかもしれない.しかし,平成25年度での若干の遅れが平成26年度にも影響しており,成果の公表やプロトタイプ合成器の評価は,研究者自身が満足できるほど十分なものとは言えない.当初の計画を見直すほどの大きな支障は出ていないが,次年度への戒めを込めて「やや遅れ気味」と判断したい.情報学現在までのところ研究計画を見直すほどの大きな支障は出ておらず,ほぼ当初の計画通り研究を進めているが,「研究実績の概要」の欄で述べたように,平成26年度の研究では,合成器のコンパクトさを得るために設計の容易さや汎用性を犠牲にした.次年度の計画である「合成器用の設計自動化ツールの開発」では,この損なわれた設計の容易さを設計自動化ツールでいかにカバーし,汎用性を高められるかが重要な点になるだろう.また,「現在までの達成度」の欄で述べたように,成果の公表やプロトタイプ合成器の評価は,研究者自身が満足できるほど十分に行うことが出来なかったため,次年度は,現在手付かずとなっている成果の公表や評価を次年度の計画に含めて実施する.上記の通り,次年度は,当初の計画である「合成器用の設計自動化ツールの開発」を,成果の公表とプロトタイプ合成器の評価と並行して実施する予定であるが,他の研究で得られた成果や研究協力者を積極的に活用することで,研究を円滑に実施してこうと考えている.研究は当初の計画通り進めており,得られた研究成果の一部が国際会議で表彰されるなど,成果も高く評価されているため,成果だけを見ると,おおむね当初の計画通りの進展状況あるいは,それ以上と言えるかもしれない.しかし,多変数数学関数回路に関する研究が想定の範囲内とはいえ,最悪のシナリオで進んでいるため,当初予定していた平均的な進展状況よりは,やや遅れ気味と評価している.
宇宙マイクロ波背景放射と前景放射の高精度成分分離スキームの構築

マイクロ波偏光観測データから宇宙マイクロ波背景放射と銀河系内星間物質からのマイクロ波放射の分離を高精度で行う成分分離スキームの完成を目指して活動した。分離スキームとして、階層ベイズ法を応用した独自のスキームの開発した。銀河系内星間物質からのマイクロ波域での偏光放射の物理的理解の深化に繋がる研究も遂行した。その一つが、日本の赤外線観測衛星「あかり」が取得した遠赤外線全天探査データからの遠赤外線宇宙地図の作成である。衛星が取得した一次データを処理し全天地図を作成する作業に、当科研費で購入した高速クラスター計算機を活用することで作業効率を飛躍的に向上させ研究期間内に完成させること出来た。本研究の主目的は、宇宙マイクロ波背景放射と銀河系内成分からの放射の成分分離精度向上である.平成21年度は4つの項目に分けて研究計画を建て研究活動を実施した.1.「あかり」遠赤外線全天探査データから高精度全天ダスト放射マップを作成に向けたプロジェクトは、連携研究者の土井が中心となり解析ツール整備を行い平成22年度4月中の全天観測データのチーム内公開が出来る段階まで開発が進んだ.この研究活動に専念するシニア研究者として、平成22年1月より宇宙研の大坪氏を准教授として本科研費による准教授として採用した.2.銀河系磁場構造の物理的且つ現実的モデル構築を目指した理論研究実施のため、磁気流体シミュレーションを実施するための高速クラス計算機を購入しそのチューニングを行った.連携研究者松本の指導の元、東北大学でも磁気流体シミュレーションコードの開発に着手した.3.大規模データを処理し成分分離を実施するための計算機環境の整備を行った.項目2で得られる銀河系磁場構造モデルを取り込んだ成分スキームの開発に着手した.この仕事に専念するシニア研究者として高エネルギー加速器機構の森嶋氏を平成22年1月より准教授として採用した.4.広帯域で偏光シグナルに変調を掛けられる新しい装置を考案し国際会議でその原理について発表した.実証実験に向けた準備も着実に進展した.宇宙創成期に刻印された原始重力波起源の宇宙マイクロ波背景放射(CMB)偏光Bモードの検出は、現代宇宙物理学の最重要課題の一つである。しかし、宇宙最遠方から来る微弱なCMB偏光Bモードシグナルは、手間にある天体起源のシグナルに埋もれてしまい、それら前景放射との分離精度により検出限界が決まっている。本計画研究では、独自の観測データと海外の観測プロジェクトで得られる最先端のデータを共同解析し、独自に開発した成分分離スキームを用いることで、前景放射とCMB偏光Bモードの分離精度を10倍以上向上し、原始重力波起源の宇宙マイクロ波背景放射偏光Bモードの検出限界を10倍以上向上することが目的である。分離精度向上の鍵の一つは、銀河系内ダストの放射スペクトル分布の決定精度の向上にある。これを目的として赤外線観測衛星「あかり」の全天探査データの解析を本研究の柱の一つとして行ってきた。昨年末に「あかり」遠赤外線全天地図第一版を完成しチーム内公開を始めた。この地図の作成は、本科研費で購入した東北大学のハイパフォーマンスコンピューター(HPC)を用いて東北大学にて行った。完成した遠赤外線全天地図から銀河系ダストのスペクトル分布を導出するコードも完成し、既に第一版は完成している。しかし、出来上がった全天地図には顕著な系統誤差が混入していることが判明し、現在「あかり」データから遠赤外線地図を作成するツールの改善を行っている。分離精度向上を最終目標に3次元数値流体シミュレーションを用いた銀河系磁場の3次元構造モデル構築を実施してきた。昨年度は、シミュレーションコードが完成し、先行研究の検証を行った。また、数値シミュレーションで得た磁場モデルを観測量を用いて検証する為の解析スキームの構築を行った。従来、磁場モデルの検証に不向きと考えられていた銀河系内シンクロトロン放射の偏光角分布が、磁場モデルの制限に有効であることを示し、定量的検証法を提案した。本繰り越し金では、震災の影響で学会発表出来なかった二つの講演を9月に行われた日本天文学会での成果発表を行った。宇宙創成期に刻印された原始重力波起源の宇宙マイクロ波背景放射(CMB)偏光Bモードの検出は、現代宇宙物理学の最重要課題の一つである。

分離精度向上の鍵の一つは、銀河系内ダストの放射スペクトル分布の決定精度の向上にある。これを目的として赤外線観測衛星「あかり」の全天探査データの解析を本研究の柱の一つとして行ってきた。昨年末に「あかり」遠赤外線全天地図第一版を完成しチーム内公開を始めた。この地図の作成は、本科研費で購入した東北大学のハイパフォーマンスコンピューター(HPC)を用いて東北大学にて行った。完成した遠赤外線全天地図から銀河系ダストのスペクトル分布を導出するコードも完成し、既に第一版は完成している。しかし、出来上がった全天地図には顕著な系統誤差が混入していることが判明し、現在「あかり」データから遠赤外線地図を作成するツールの改善を行っている。分離精度向上を最終目標に3次元数値流体シミュレーションを用いた銀河系磁場の3次元構造モデル構築を実施してきた。昨年度は、シミュレーションコードが完成し、先行研究の検証を行った。また、数値シミュレーションで得た磁場モデルを観測量を用いて検証する為の解析スキームの構築を行った。従来、磁場モデルの検証に不向きと考えられていた銀河系内シンクロトロン放射の偏光角分布が、磁場モデルの制限に有効であることを示し、定量的検証法を提案した。この研究は査読論文に投稿済みであるが、審査が長引いて受理はまだである。マイクロ波偏光観測データから宇宙マイクロ波背景放射と銀河系内星間物質からのマイクロ波放射の分離を高精度で行う、階層ベイズ法を応用した成分分離スキームの初版が完成した。前景放射成分に対する物理的根拠に基づいた事前分布をハイパーパラメータと呼ばれるパラメータを用いてモデル化し、様々なハイパーパラメータで成分分離を試みる事で自動的に適切な前景放射成分の分布にたどり着き、観測のノイズ限界に近い精度での成分分離が可能であることを示した。これまのでスキームに比べて、飛躍的に高い空間分解能で全天のデータに対して分離が可能であることが特徴である。日本の赤外線観測衛星「あかり」が取得した遠赤外線全天探査データから作成した遠赤外線宇宙地図の初版が完成し、チームメンバーへの公開が始まった。この地図は、これまでに無い新しい波長域で描いた世界で初めての宇宙地図であり且つ空間分解能がこれまでの10倍優れた世界最高の解像度を持つ宇宙地図である。これを用いた銀河系内ダスト地図の作成に着手した。銀河磁場の大局構造を解明する事を一つの目的とした磁気流体数値シミュレーションの実施に十分な精度を持った計算コード開発が終了し、計算を進めている。既に得られた結果から、先行研究の結果が数値計算上の誤差の集積による結果であったこと、銀河磁場の構造決定及び強度の増幅維持には、渦状碗の存在により発生する衝撃波が中心的役割を果たしており、先行研究で言われていた磁気回転不安定性は主要な役割を果たしていないことが分かった。磁化プラズマ中の運動論的不安定性により発生した磁気乱流中に相対論的電子が運動することで発生するジッター放射のスペクトルの解析解を世界で初めて導出し、銀河系に適用することでマイクロ波へイズ放射の起源を説明するモデルとなりうることを示した。
複数段・複数列配置された熱源まわりの自然対流の伝熱特性とその予測手法の確立

本研究では、まず垂直加熱平板および水平加熱円柱を水平方向に等間隔Ghで一列配置した場合、および垂直方向に等間隔Gvで一列配置した場合について、列まわりに生じる空気の自然対流の伝熱特性を実験により探った。その結果、水平一列平板列・円柱列では、列中央付近に設置された平板および円柱の熱伝達率は、平板や円柱の増加につれて一定値に収束し、その値は特定の間隔で極大となることを明らかにした。一方、垂直一列平板列・円柱列では、熱伝達率は下流に向かって単調に低下する結果を得た。また、これら平板および円柱の熱伝達率について無次元整理を試みたところ、水平一列平板列・円柱列では水平方向間隔Ghを代表長さにとったヌセルト数NuGhが、間隔Ghを代表長さとするレイリー数RaGhと、物体の代表長さLと間隔Ghとの比(Gh/L)の積からなる無次元パラメータ[RaGh(Gh/L)]で、一方、垂直一列平板列・円柱列では垂直方向間隔Gvを代表長さにとったヌセルト数NuGvが、間隔Gvを代表長さとする無次元パラメータ[RaGv(Gv/L)]でそれぞれ整理できることが分かった。この結果を踏まえて、本研究ではつぎに加熱円柱を等間隔Ghで水平方向に一列配置した円柱列を、垂直方向に間隔Gvで5段、格子および千鳥状に配置した場合について、バンク内円柱の熱伝達率を測定した。この熱伝達率から垂直方向の円柱間隔Gvを代表長さとするヌセルト数NuGvを求めたところ、格子および千鳥配列バンクのいずれの場合も、最下段円柱列のNuGvはパラメータ[RaGv (Gv/d)^2]で、一方バンク2段目から5段目円柱列のヌセルト数NuGvはパラメータ[RaGv(Gv/d)(Gh/d)]で整理できることが分かった。また、バンク2段目以降のヌセルト数は千鳥配列バンクの方が格子配列バンクより高くなることが分かった。平成27年度は、垂直加熱平板および水平加熱円柱を、垂直方向に一定の間隔で一列に配置した平板列および円柱列について伝熱実験を行った。これらの体系は、プレートフィンあるいはピンフィン型熱交換器やヒートシンクなどの熱機器で重要となる体系であることから、今まで数多くの実験や解析が試みられている。その結果によれば、平板や円柱間隔が狭いときには、上流側の平板や円柱で加熱され高温となったプルームが下流側の平板や円柱近傍に流れ込むため、下流側平板や円柱の伝熱が単独平板・円柱のそれより劣化すること、一方、間隔が広くなると、プルームの速度効果により、下流側の平板や円柱の伝熱が単独平板・円柱よりも促進されることが分かっている。しかし、下流側平板や円柱からの伝熱がどのような無次元パラメータに支配されるか、また、その伝熱特性を定量的かつ一般的に予測する相関式は現在も不明のままであった。そこで、本研究では、等熱流束条件で加熱した平板列および円柱列を対象に、列中に設置された各平板・円柱の平均熱伝達率を測定し、この平均伝達率を種々のパラメータで無次元整理してみた。その結果、平板および円柱の平均熱伝達率から間隔Gを代表長さとする平均ヌセルト数NuGを求め、Gを代表長さとする修正レイリー数RaG*と、間隔Gと熱源の代表長さの比(G /L)の積、RaG*(G /L )を横軸にとって両対数平面上にプロットすると、両者の間に直線関係が成立することが分かった。この結果は、垂直一列平板列および円柱列のいずれの場合も、熱源の平均ヌセルト数が無次元パラメータRaG*(G /L)により記述できることを示しており、重要な結果といえる。そこで、本年度はこれらの結果をまとめて2報の査読付き論文に出版公表した。本申請課題では、複数段・複数列配置された熱源まわりの自然対流の伝熱特性を支配する無次元パラメータの導出および各熱源まわりの伝熱量を定量的に予測する相関式を提案することを最終的な目標としている。本年度は、この目標を達成する上で必要となる垂直方向に複数段配置された一列平板列および一列円柱列の伝熱特性を支配する無次元パラメータの導出および伝熱相関式を提案することができた。平成28年度は、(1)水平加熱円柱を水平から一定の傾斜角θを有する平面上に等間隔Gで一列に配置した円柱列および(2)水平加熱円柱を水平および垂直方向に一定な間隔Gh,Gvで格子状に配置した円柱列まわりに生じる自然対流について伝熱実験を行った。そのうち(1)については、常温の空気中に10本の円柱(d=8.4,14.4mm)を間隔G=3.6ー20.6mmで、θ= 0, 30,45,60,75,90°の傾斜面上に設置した場合について実験を行った。その結果、円柱のヌセルト数は水平円柱列で極大、垂直円柱列で極小となり、傾斜円柱列では両者の中間値を示すこと。

傾斜円柱列の最外側を除く円柱のヌセルト数NuGはパラメータRaG*(G/d)を用いて整理でき、傾斜角θが75°以下では円柱の設置位置によらず一本の曲線上に、またθが75°以上では円柱の設置位置ごとに一本の直線上にまとまることが分かった。ここで、NuGおよびRaG*は間隔Gを代表長さとするヌセルト数および修正レイリー数である。一方、(2)については、空気中に加熱円柱(d=8.4,14.4mm)を水平方向に10本、等間隔Ghで配置し、この円柱列を垂直方向に5段、間隔Gvで格子状に配置した場合について、各円柱のヌセルト数を測定した。その結果、円柱群の最下段に設置された水平円柱列のGv基準の平均ヌセルト数NuGvは、Gvを代表長さとする修正レイリー数RaGv*と(Gv/d)の2乗との積RaGv*(Gv/d)^2で予測できること。一方、バンクの2段目から5段目に設置された円柱の円柱のヌセルト数NuGvは、Gvを代表長さとする修正レイリー数RaGv*と、Gv,Ghと円柱直径dの比の積[RaGv*(Gv/d)(Gh/d)]で予測できることを明らかにした。本申請課題では、複数段・複数列配置された熱源まわりの自然対流の伝熱特性を支配する無次元パラメータの導出および各熱源まわりの伝熱量を定量的に予測する相関式を提案することを最終的な目標としている。本年度は、この目標を達成する上で必要となる垂直方向に複数段・複数列格子状に配置されたチューブバンクの伝熱特性を支配する無次元パラメータの導出および伝熱相関式を提案することができた。平成29年度は、水平加熱円柱を一定な水平および垂直方向間隔Gh, Gvで格子状に配列した円柱群(チューブバンク)について、バンク内に生じる自然対流の流動と伝熱を流れの可視化および伝熱実験により探った。実験は常温の空気を対象とし、試験円柱には直径の異なる2種類の円柱(d=8.4,14.4mm)を用い、円柱の水平および垂直方向間隔をGh=10.6ー30.6mm、Gv=5.6ー30.6mmの範囲で変化させた。実験は、主として水平方向の円柱本数を10本、垂直方向の円柱段数を5段とした場合について行った。まず、バンク内の流動を煙により可視化してみた。その結果、煙は鉛直上方でなく、バンクの垂直中心線に向かって寄り集まる現象が観察された。また、この流れの寄り集まりによって、バンク内に設置された水平円柱列のヌセルト数はバンクの下流側に向かって低下していくこと、また同じ水平円柱列内では、列中央付近で低く、外側に向かって増加する下に凸の分布を示すことが分かった。さらに、これら各円柱列の中心付近に設置された円柱のヌセルト数を各種の無次元パラメータを用いて整理したところ、バンク最下段円柱列では、垂直方向の円柱間隔Gvを代表長さにとったヌセルト数NuGvが、パラメータ[RaGv*(Gv/d)^2]で、また、バンク2段目から5段目に設置された円柱列では、パラメータ[RaGv*(Gv/d)(Gh/d)]で整理できることが分かった。ここで、RaGv*はGvを代表長さとする修正レイリー数、(Gh/d)および(Gv/d)は、円柱間隔Gv, Ghと円柱直径dとの比である。なお、これらの研究成果をまとめて、日本機械学会論文集に出版・公表した。本申請課題では、複数段・複数列配置された熱源まわりの自然対流の伝熱特性を支配する無次元パラメータを明らかにし、各熱源の伝熱量や温度を定量的かつ広い範囲で予測する相関式を提案することを最終的な目標としている。平成29年度は、チューブバンク型熱交換器やピンフィン型ヒートシンクなどの伝熱機器で採用されている、多数の加熱円柱が水平および垂直両方向に格子状に配置した体系における伝熱特性を実験により調べ、その伝熱を支配するパラメータを明らかにすると共に、円柱の直径や加熱量、水平および垂直方向の円柱間隔の影響を考慮した伝熱相関式を提案することができた。この相関式は、熱交換器やヒートシンクなど様々な伝熱機器の熱設計や伝熱性能の向上に有益な情報を提供するものと考えられる。