0000 (tgeの.M=卓｡h

(a)石英ガラスの長時間自己拡散係数の温度依存性

temperature dependence of long‑time selトdiffusion

⊂oefFident of SiO2 GlasS

(b)剛体球と剛体円盤の長時間自己拡散係数の 密度依存性

Density dependence of long‑time self‑d帆sion CoefFiCient of hard spheres and hard disks

(b)剛体球における液体状態とガラス状態での 自己中間散乱関数の緩和過程

Relaxation process of self intermediate

scattering function of hard spheres in liquid state and supercooled liquid scat

56

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･L= i"･(離艇Sj=‑馴』和訓鵬t･』川, l｢臓州衰魅酬Llkh,野馳uluO用J'"i喝し融世州;換地由J脚

融合流体情報学研究分野

Jntegrated Fluid Jnformatks Laboratory

教 授

大林 茂

Professor

Shigeru

Obayashi

准教授

鄭 信圭

AssoClate Professor

Shinkyu Jeong

i ■‑｣≡

助 教

下山 幸治

Assista nt Professor

Koji

Shimoyama

数値流体力学(CFD)とは､ある対象物体の内部あるいは周囲で運動する流体の様子在､コンビュ‑夕を用いて再現するため の数値解析手法です｡コンピュータ性能の向上に伴ってCFD技術は精度および利便性の面で日々進化しており､今日では様々 な流体現象の解明に利用されるようになっています｡本研究室では､ CFD技術の更なる利用展開を目指して､ CFD技術と他の 科学技術の融合研究を積極的に推進しています｡この一環として､ ( 1 )多E]的設計探査による設計空間の可視化と知識発見 (CFD+最適化･データマイニング)､ (2)超音速複葉翼理論に基づく静粛超音速機の開発(CFD+風洞実験･飛行実験)､ (3) 乱気流現象の計測融合シミュレーション(CFD+ライタ計測･データ同化)の以上3つの研究テーマに取り組み､多種多様な工 学問題の抜本的解決に挑んでいます｡

⊂omputationaJ fluid dynamics (CFD) is a numeriCal method for simulating the motion offluids inside or around an object

by uslng computers. With the progress in Computer performance, CFD technologies have been evolvlng ln terms Of

aC⊂uraCy and usefulness day by day. Nowadays. ⊂FD is widely utilized for investigatlng VariouS kinds 0f phenomena in quid dynamics. Aiming at further utilization and development of⊂FD teChnologleS′ this laboratory lS Promoting transdisCipllnary researches, which are motivated by the integration of⊂FD with other sCien⊂e and teChnologleS, Research themes that are

Currently ongoing in this laboratory are (l) multi‑Objective design exploration for design SPaCe Visualization and

knowledge discovery (⊂FD + optimization and data mining), (2) development ofa silent super50nl⊂ transport based on supersonic biplane theory (CFD + wind tunneJ and flight tests). and (3) measuremenトintegrated simulation ofturbulen⊂e phenomena (⊂FD + LIDAR measurement and data assimilation), These researches wiH lead to innovative solutions for

various kinds of engineerJ'ng problems.

実験･数値流体力学による静粛超音速機の開発

Development ofa Silent SupersoniCTransport uslng EFD and ⊂FD

複葉翼理論の研究成果

Research Results of the Supersonic Biplane Theory

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超音速旅客機の開発には､それに付随するソニックブームの 低減が鍵となります｡本研究では､流体力学の実験と数値計算 (EFD ･ CFD)を駆使して､ ｢超音速複葉翼理論｣に関する様々 な研究に取り組んでいます｡これにより､静粛超音速飛行を可 能とする､次世代の超音速旅客機MISORAの開発を目指してい ます｡

SoniC boom mitigation is the key teChnology for developlng Supersonic transport.This Study investigates the "super50niC

biplane theory" which will allow silent supersonic flight. to develop a next一generation supersonic transport, MISORA, uSlng

experimental and computationar fluid dynamics (EFD and CFD) techniques.

風洞実験と数値計算を融合した設計探索法 Design Exploration Method using both EFD and CFD

流体機械の高信頼性設計を行うため には､数値計算データはもちろん､数 多くの風洞実験データを必要とします｡

本研究分野では､ 3次元プリンタを用 いた低コスト･短時間実験支援システ ム開発による設計(実験)データの生

′産性向上を目指しています｡また､高 効率設計のために､クリンギングモデ ルを用いた設計手法も開発しています｡

NotonlyCFDdata butalsoa lotof EFD data are required to achieve a highly robust design forfluid machinery. In our laboratory, a quick and tow‑Cost experiment system adopting the wind tunnel model produced bythe 3‑D printer is

deve一oped to improve the

productivity ofdeSign (experimental) data.

乱気流現象の計測融合シミュレーション

Measurement‑Integrated Simulation ofTurbulenCe Phenomena

Conlputational domain

ドップラーライタによる後方乱気流の計測融合シミュレーション Simulation of Wake Turbulence lntegrated with Doppler LIDAR Measurement

飛行する航空機に重大な事故を引き 起こしうる乱気流現象の回避に向けて､

数値シミュレーションに対するドップ ラーライタ計測や気象予報モデルの融 合に取り組んでいます｡これにより､

様々な飛行条件･気象条件における乱

気流の発生メカニズムを物理的に解明 するとともに､乱気流の事前予測シス テムの確立および実用化を目指してい ます｡

TurbulenCe is a ⊂ritiCal phenom‑

enon for the safety ofair⊂rafts. This study integrates ⊂FD simulation with

Dopper LIDAR measurement and me‑

teorologiCal model, and establishes a

system that helps us to investigate and predict turbulence phenomena atvarious flying and atmospheric

conditions in advance.

58

率鮎執薗闇椀噌ン乎‑･紳p防

長鵬栂!+I‑馴畦･R闇切削馴川l｢側1髄l:蘭悼踊占噸亭岨酬川岨馴脚洲転入弧桝,一鮒鰍

融合可視化情報学研究分野

Integrated VisuaHnformatks Laboratory

(莱)教授

大林 茂

⊂on⊂urrent Professor

Shigeru

Obayashi

講 師

竹島 由里子

Senior Assistant Professor

Yuriko Takeshima

流体融合研究を推進する上で､コンピュータを援用したデータ可視化には､きわめて重要な役割が期待されています｡本研究 分野では､さまざまな時間依存現象の複雑動態を探るために､先進的なビジュアルコンピューティング手法を研究開発しています｡

特に､微分位相幾何､コンカレンシ､統一化､マルチモダリティ等の可能性あるパラダイムに根ざした流体情報学の実現に資す ることを目的としています｡

⊂omputer data visualization is expected to play a CruCial role in TFI R&Ds. Our laboratory focuses on advanced visual

Computing approaches for explorlng the Complex dynamics of various time‑varying phenomena, With a speCial emphasis

on promislng Paradigms. such as topology, ⊂onCurrenCy, unifkation, and multimoda=ty′ towards rea=zlng SOPhlStl⊂ated

fluid informatiCs.

協調的視覚解析環境の開発

Development ofCooperative Visualization Environments

叫二 

協調的視覚解析環境:TFトAS/V Cooperative visualization environment: TFl‑ASN

計測や数値計算によって得られたデータを効果的に解析するために､視覚解析が重要な役割を果たしています｡しかし一般的に､

視覚解析の来歴は保存されておらず､過去に得た知見が有効に利用されていません｡そこで､視覚解析で必要となるワークフロー を効果的に記録､追跡､再利用することが可能となる協調的視覚解析環境の開発を進めています｡

Visual analysis has played a cruciaJ role in effective analysIS Ofdatasets obtained from measurements and simulat10nS. We

have been developlng a cooperative visualization environment which allows multlPle users tO effectively record, trace and reutilize their visual exploration workflows.

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トグラフに基づく現在の主要などジュアルデータマイニングツールには､臨界点ヒストグラム､臨界/代表等値面抽出､等値面 の埋め込み検出､位相的多次元伝達関数設計､区間型ボリューム分解､適応的データマイクレーションと計算ステアリング等が あります｡

We build upon differential topology to Come up with seleCtive visualization schemes for large‑S⊂ale time‑varying volume datasets. Current visual data minlng tools based on level‑set graphs indude Criti⊂al point histogram, CritiCaI/representative isosurfa⊂e extraction, isosurfaCe embedding loCator, multi‑dimensional topologl⊂al transfer function speC柄Cation, interval

volume decomposition. optimal Cross‑SeCtioning/ viewpoint location, and adaptjve data migration and Computational

Stee｢lng･

臨界点ヒストグラムに基づく適応的カラーマップを用いたカルマン渦列の可視化

Visualizing Karman vortex Street With adaptive Color maps based on Criti⊂al point histograms

位相解析に基づく後方乱気流のリアライゼーション

TopologlCally‑Based Realization of Wake Turbulence Datasets

航空機の離発着を効果的に制御するためには､後方乱気流の崩壊過程の解析が重要であります｡より直感的に後方乱気流の振 舞いを理解するために､位相解析に基づき､視覚および力覚を用いた多感覚リアライゼーション手法の開発を行っています｡よ

り渦構造を明確に可視化するための時系列可視化伝達関数と､力覚デバイスを目的の渦中心に引き付ける力や渦の回転と強さを 返すトルクを与える4自由度力覚伝達関数を設計しました｡

To Control aircraft landing and takeo斤effeCtively, it fS important to analyze the CoHapse process of relevant wake

turbulence. For comprehending the behavior of wake turbulence more intuitively, we propose a topologicaHy‑based multisensory realization. We design temporal visual transfer functions for visualizing the vortex more dearly and 4DF haptiC

transfer functions for producing forces that draw a haptTC device toward the Center ofa target vortex and torques that return the rotational direction and strength of the vortex.

リアライゼーションシステムの操作風景

Realization system in operation

60

侮1irtg但強銅尽r姐81t･･LT裾帥廊e)軋 廟.三､ここ卜小.･ L･ i如たIl･.I‑ ■叫■r

超実時間医療工学研究分野

Super‑ReaトTime Medi⊂al Engineerlng Laboratory

教 授

早瀬 敏幸

Professor

Toshiyuki Hayase

rここ1

准教授

白井 教

Associate Professor

Atsushi Shirai

助 教

船本 健一

Assistant Professor

Kenichi Funamoto

生命の維持に不可欠な血流の障害である循環器系疾患は､現在､癌についでわが国の死亡原因の第2位を占めており､生体内 の血流の解明はこ健康な社会の実現のために不可欠な重要な問題です｡近年飛躍的に進歩した医療機器によっても､生体内の血 流の情報を完全に計測することは困難であり､また､高性能のスーパーコンピュータによって超高速計算(実時間計算)が可能 となったとしても､現実には正確な計算条件が未知であるため､生体内の血流を完全に再現することは原理的に困難です｡本研 究室では､計測と計算を一体化した次世代融合研究手法により､刻々変化する生体内の血流の高精度超高速計算(超実時間計算) を実現する計測融合シミュレーションなどにより､生体内の複雑な血流を解明し､高度医療を実現するための研究を行っています｡

⊂irCulatory disease lS the second major Cause of death in Japan next to the CanCer, and, therefore, understanding the b一ood flow is essentia一 to reaHze a healthy society. Even a state‑of‑the‑art medical equipment is not sufRcientto measure the Complete information of the blood れow in a /'nv/'vo. The fastest superComputer may perform a ultra‑high speed Computation (reaトtime Computation), but is inherently inCapabFe to reproduce the real b一ood mows dueto the laCkofthe exact ⊂omputational Condition for the relevant Rows. Our laboratory is doing a research to realize an advanced mediCal

treatment by understanding complex blood flows in living bodies through a measurement‑integrated simulation which

enables us to peJorm a highly‑accurate ultra‑high speed computation (super‑real‑time computation) of the flows･

医療計測と数値シミュレーションを融合した血流解析

Integration of Measurement and Simulation in MediCal Engineering

Error compensation

⊂二二二コ匹重さ聖｣∃

i

Accurate blood flow

超音波計測融合血流解析システム

Ultrasoni⊂ measurement‑integrated simulation System

血管内の圧力や速度分布をリアルタイムで正確に知ることができれば､循環器系疾患の高度診断や治療が可能となります｡臨 床現場で広く用いられている超音波診断装置やMR l装置の計測データをスパコンの数値シミュレーションに取り込んで解析す る｢計測融合血流シミュレーション装置｣の開発と臨床応用の研究を行っています｡

A⊂⊂urate information ofreal b一ood flow in a living body is essential fordeveloping advanced diagnosis and treatment･

Measurement‑integrated (Ml) blood flow simulation system is being developed by integrating medical imaging

measurement and ⊂omputational flow simulation based on the observer theory.

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傾斜遠心顕微鏡

Indined centrifuge miCros⊂ope

好中球の軌跡

Trajectories of neutrophirs

白血球の一種である好中球は､毛細血管内を血管壁と擦れながら流動します｡微小循環における好中球の流動特性は､人体の 免疫反応を解明する上で重要な基礎資料となるため､本研究では､傾斜遠心顕微鏡を用いて､好中球と血管内皮細胞との摩擦特 性を解析しています｡

Neutrophilstravel through narrow⊂apillaries rubbing against endothelial CeH Iayerofthevessels･ Sinceflow Chara⊂teristi⊂s of the neutrophils in the mi⊂ro⊂irCulation is essential for the understanding of immune response of the Cells.

we have observed friCtTon Chara⊂teristi⊂S of the neutrophils on the endotheliaI Ce=S using the inclined Centrifuge

microscope.

心房内血流の流体構造達成解析

Fluid‑Structure Interaction Simulation ofBlood FJow in the Atrium

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左心房における壁せん断応力の平均値(左)と変動を表すRMS値(右) Time‑averaged value (Eefl) and RMS value (right) ofwall shear stress on a left atrium

心房が不規則に細かく振動する心房細動により血栓が形成され､脳梗塞の原因となることが知られていますが､左心房内の血 流動態と疾患との関連性についてはまだよく分かっていません｡本研究では､ MRl計測により再構築された左心房の形状を用い､

心房の収縮と拡張を与えながら内部の血流を解析し､心房の応力状態や内部の渦について調べています｡

AtriaI Rbri=ation in⊂reasesthe riskofthrombus formation, which Can Cause ⊂erebral infraction. However,the relevance of hemodynami⊂s to the disease is little known. We investigate hemodynamiC stresses and vortex formation in the atrium

with fluid‑structure interaction simulation using a model ofa left atrium obtained by MRE.

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ドキュメント内 東北大学流体科学研究所 2010 (ページ 60-69)