Numerical Analysis on Thermal Control of Thermo-Bioconvection and Transport Characteristics Generated by Chemotactic Bacteria

趋化细菌产生的热生物对流和传输特性的热控制数值分析

• 批准号: 22K03918
• 负责人: 柳岡 英樹
• 金额: $ 2万
• 依托单位: Iwate University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03918/
• 关键词: 生物対流; 熱対流; バクテリア; 酸素; 走化性

本研究では，酸素に反応する走化性バクテリアに着目し，対流と物質輸送の強化のために，懸濁液に非定常的な温度変動を与えたときの熱生物対流の周波数応答性や共鳴現象が，バクテリアと酸素の輸送特性に及ぼす影響を三次元数値解析により明らかにし，対流と物質輸送の制御方法を提案することを目的とする．容器に入った懸濁液中には酸素に反応し，熱に強い走化性バクテリアが存在している．水面から酸素が一様に供給されるため，バクテリアは酸素の豊富な水面方向へ移動する．空気を一様温度に保ち，下壁面を非定常的に加熱することにより，熱生物対流を発生させる．令和4年度では，熱生物対流の非定常特性と輸送特性を調査した．その結果，以下の知見が得られた．1. 壁面と水面の温度差は熱対流のレーリー数に相当する．定常加熱の場合，生物対流を加熱させると，懸濁液の不安定性が強まり，対流速度が増加する．レーリー数が増加すると，バクテリアのプルームが形成されず，熱対流に特有のサーマルプルームが形成される．レーリー数が増加すると，生物対流が支配的な場から熱対流が支配的な場に懸濁液が変化することが明らかとなった．このとき，対流による物質の輸送が促進され，領域全体にわたってバクテリアと酸素の輸送特性が向上する．2. 壁面の温度変動によって，非定常熱生物対流が発生する．低周波数では，温度変動に対して熱生物対流が追従し，熱対流と生物対流の干渉が強化されるため，領域全体のバクテリアと酸素の輸送特性が向上する．周波数が増加すると，温度変動に対する熱生物対流の追従性が悪化し，生物対流と熱対流の干渉が弱まるため，対流速度が遅くなり，バクテリアと酸素の輸送特性が低下する．

In this study, the characteristics of acid transport and its influence on three-dimensional numerical analysis were studied. The methods for controlling the transport of substances were proposed. In the case of a suspension in a container, there is a strong chemical reaction between the acid and the substance, and a strong chemical reaction between the acid and the substance. The water surface is rich in acid and the water surface is rich in acid. The temperature of the air is maintained, and the lower wall is heated unsteady-state. The unsteady characteristics and transport characteristics of thermobiological flow were investigated in the fourth year of this year. The results of the study are as follows: 1. The temperature difference between the wall and the water surface is equivalent to the number of heat transfer currents. Under constant heating conditions, the instability of suspension becomes stronger and the flow velocity increases during heating of biological fluid. The number of traffic lights increases, traffic lights are formed, and traffic lights are formed. The number of living things increases. The number of living things increases. The number of living things increases. The transport of substances in the flow field is promoted, and the transport characteristics of acids in the whole field are improved. As the temperature of the wall changes, unsteady thermal biological convection occurs. Low frequency response to temperature changes in the thermal response to biological flow, thermal response to biological flow to enhance the performance of the entire field, acid transport characteristics are improved. As the number of cycles increases, the temperature changes, and the thermal conductivity of the bio-fluid decreases, the thermal conductivity of the bio-fluid decreases, and the transport characteristics of the bio-fluid and the thermal conductivity of the bio-fluid decrease.