鳥の肺内の流れとガス交換に関するバイオメカニクスとその工学応用

鸟类肺部流动与气体交换的生物力学及其工程应用

• 批准号: 13750161
• 负责人: 田中 学
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750161/
• 关键词: 鳥の肺; 呼吸; 生物流体力学; 振動流; 分岐管; 流量分配

本研究では鳥の肺内における流れとガス交換機序を明らかにしてその工学応用の可能性について検討することを目的とし,空力的バルビングといわれる流体力学的作用による一方向流れの発生メカニズムについて検討を行った.鳥の肺気道をモデル化した直角分岐管流路内に呼吸流れとして振動流を発生させ,分岐/合流時における本管内及び支管内の流量変化をレーザードップラ流速計を用いて測定した.また得られた流量分配の非対称性を,流れの可視化および差圧測定により検討した.さらに,鳥の肺にみられる気道分岐直前の収縮部が分岐部での流量分配特性に及ぼす影響を明らかにするため,分岐部上流にオリフィスを挿入した場合についても実験を行った.その結果,分岐流れの期間に支管入り口にはく離渦が形成されると,本管と支管に圧力差が生じ,支管から本管へ向かう定常循環流が発生することを明らかにした.また,分岐部上流に設置したオリフィスの影響により定常循環流の大きさが増加し,本管内で流れ方向の反転を伴わない一方向流れが得られることを示した.これはオリフィス後流に形成される圧力の低いはく離領域が分岐部を覆うことによって支管内の圧力が低下し,一方向流れ成分の駆動力となる本管と支管の平均圧力の差が増大することによるものと考えられた.これらの結果から,特に逆止弁のような機械的作用をもたらす機構を用いることなく,分岐管と分岐部上流の収縮部を組み合わせた単純な構造のみによって振動流から一方向流れを発生させることが可能であり,従来にない新しいポンプの機構としての可能性を明らかにした.

在这项研究中，鸟类的流量和肺部的气体交换机会检查了工程应用的可能性，并检查了一种称为空气动力学阀的流体动力学机制。作为对鸟类肺部建模的直角分支流动路径的呼吸流动，并使用激光DOPPLA流速测量了主肺和内管的流量。通过可视化流量和差分测量，在鸟类肺中发现的气道分支之前，所获得的流量进行了缩小。孔口插入上游分支部分，如果在分支流动期间在分支入口形成陷阱，则主管和支持者之间会有压力差。稳定的圆形电流是由于分支上游安装的孔的影响而产生的，恒定循环电流的大小不断增加，而流动方向则不伴随着流动方向获得了方向流，这是主管，它是单向流量组件的驱动力被分支部分覆盖。管道和分支的上流只能通过组合的简单结构从振动流中产生一个路，并阐明新泵前所未有的可能性。

项目成果

酒井 英司, 宮内 潤, 田中 学, 菱田 誠: "直角分岐管内振動流の流量分配特性に関する研究"第38回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 1. 217-218 (2001)

Eiji Sakai，Jun Miyauchi，Manabu Tanaka，Makoto Hishida：“直角支管中振荡流的流动分布特性研究”第38届日本传热研讨会论文集1. 217-218（2001）。

田中 学, 酒井英司, 菱田 誠: "直角分岐管内振動流の流量分配特性に関する研究"日本機械学会論文集(B編). 67-672. 2209-2215 (2002)

Manabu Tanaka、Eiji Sakai、Makoto Hishida：“直角支管中振荡流的流量分布特性研究”日本机械工程师学会会刊（编辑 B）2209-2215。 ）

Gaku Tanaka, Eiji Sakai, Makoto Hishida: "Flow Distribution in a Right Angle Branch during Oscillatory Flow"IV World Congress Biomechanics, Proceedings CD. (2002)

Gaku Tanaka、Eiji Sakai、Makoto Hishida：“振荡流期间直角分支中的流动分布”第四届世界生物力学大会，论文集 CD。