周期的間欠流に発生する乱流構造の解明

血流の流れは心臓から拍出の開始による急激な立上りと弁の閉鎖による流れの停止、それにつづく周期の2/3に近い流れの静止期間を持つ周期的間欠流である。しかも、人やイヌ等の大型動物のに於いては大動脈内では乱流に遷移することが知られている。血流が乱流へと遷移すると流れ場の物理的性質が大きく変化し、血管壁に対する応力の増加、血液内とりわけ血球に対する応力の増大、血液中の様々な物質の輸送や混合が発生するため、溶血・血栓・粥状動脈硬化等との関連が考えられている。そこで我々は、大動脈内に発生する乱れの特長を明らかにするため、周期内に静止時間を持たせ、周期的な間欠流を直円管内に発生させ、静止時間の乱流遷移に及ぼす影響を、高次モーメントおよび瞬時スペクトルから算出される渦スケールを用いて把握することを試みた。正弦波的変動が連続する場合には、周期毎に乱流の発生がみられ、各種パラメータは遷移の直前に位相あたりで特徴的な変動をし、乱流遷移後は一様等方乱流に近似した性質を示すことがわかってきた。間欠流の場合には、その周期内の静止時間に依存して流れ場の性質が大きく変化する。周期にくらべて静止時間が短い場合には、周期的な流れとほぼ同様の性質を示し、静止時間が十分長い場合には乱流への遷移が観察されなかった。このことは、流れの乱流への遷移が周期的な現象である為に発生していることが証明された。また、周期の1/2〜2倍程度の静止時間の場合には、乱流への遷移する位相が変動する状態である。こうしたレンジに血流中に見られる乱流も相当するためより詳細な研究が必要である。

血流の流れは心臓から拍出の開始による急激な立上りと弁の閉鎖による流れの停止、それにつづく周期の2/3に近い流れの静止期間を持つ周期的間欠流である。しかも、人やイヌ等の大型動物のに於いては大動脈内では乱流に遷移することが知られている。血流が乱流へと遷移すると流れ場の物理的性質が大きく変化し、血管壁に対する応力の増加、血液内とりわけ血球に対する応力の増大、血液中の様々な物質の輸送や混合が発生するため、溶血・血栓・粥状動脈硬化等との関連が考えられている。そこで我々は、大動脈内に発生する乱れの特長を明らかにするため、周期内に静止時間を持たせ、周期的な間欠流を直円管内に発生させ、静止時間の乱流遷移に及ぼす影響を、高次モーメントおよび瞬時スペクトルから算出される渦スケールを用いて把握することを試みた。正弦波的変動が連続する場合には、周期毎に乱流の発生がみられ、各種パラメータは遷移の直前に位相あたりで特徴的な変動をし、乱流遷移後は一様等方乱流に近似した性質を示すことがわかってきた。間欠流の場合には、その周期内の静止時間に依存して流れ場の性質が大きく変化する。周期にくらべて静止時間が短い場合には、周期的な流れとほぼ同様の性質を示し、静止時間が十分長い場合には乱流への遷移が観察されなかった。このことは、流れの乱流への遷移が周期的な現象である為に発生していることが証明された。また、周期の1/2〜2倍程度の静止時間の場合には、乱流への遷移する位相が変動する状態である。こうしたレンジに血流中に見られる乱流も相当するためより詳細な研究が必要である。