宮内 優 (ミヤウチ スグル)

MIYAUCHI Suguru

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所属

工学教育研究部 工学科機械知能工学プログラム担当

職名

准教授

外部リンク

学位 【 表示 / 非表示

  • 博士(工学) ( 2015年3月   大阪大学 )

研究分野 【 表示 / 非表示

  • ライフサイエンス / 生物物理学

 

論文 【 表示 / 非表示

  • Flow Rate Prediction for a Semi-permeable Membrane at Low Reynolds Number in a Circular Pipe

    Miyauchi S., Yamada S., Takeuchi S., Tazaki A., Kajishima T.

    Transport in Porous Media   141 ( 1 )   185 - 199   2022年1月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Transport in Porous Media  

    A concise and accurate prediction method is required for membrane permeability in chemical engineering and biological fields. As a preliminary study on this topic, we propose the concentration polarization model (CPM) of the permeate flux and flow rate under dominant effects of viscosity and solute diffusion. In this model, concentration polarization is incorporated for the solution flow through a semi-permeable membrane (i.e., permeable for solvent but not for solute) in a circular pipe. The effect of the concentration polarization on the flow field in a circular pipe under a viscous-dominant condition (i.e., at a low Reynolds number) is discussed by comparing the CPM with the numerical simulation results and infinitesimal Péclet number model (IPM) for the membrane permeability, strength of the osmotic pressure, and Péclet number. The CPM and IPM are confirmed to be a reasonable extension of the model for a pure fluid, which was proposed previously. The application range of the IPM is narrow because the advection of the solute concentration is not considered, whereas the CPM demonstrates superior applicability in a wide range of parameters, including the permeability coefficient, strength of the osmotic pressure, and Péclet number. This suggests the necessity for considering concentration polarization. Although the mathematical expression of the CPM is more complex than that of the IPM, the CPM exhibits a potential to accurately predict the permeability parameters for a condition in which a large permeate flux and osmotic pressure occur.

    DOI: 10.1007/s11242-021-01716-w

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  • Lubrication pressure model in a non-negligible gap for fluid permeation through a membrane with finite permeability

    Takeuchi S., Fukada T., Yamada S., Miyauchi S., Kajishima T.

    Physical Review Fluids   6 ( 11 )   2021年11月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Physical Review Fluids  

    The membrane permeation of a fluid occurring near the wall is strongly influenced by lubrication because the generated pressure accelerates the fluid passing through the membrane. In the present study, the membrane permeation of a pure fluid driven by the lubrication pressure is modeled for a general wall-membrane geometry to understand the effect of permeability on the permeate flux in a range of wall-membrane gap widths that cannot be treated by the Reynolds lubrication equation. This lubrication effect (referred to as the non-Reynolds lubrication effect) is modeled by including a higher-order pressure component described by the wall-tangential derivative of the local Couette-Poiseuille velocity, and a permeate flux model with the non-Reynolds lubrication effect is developed. The permeation model is validated with a corrugated membrane placed in a two-dimensional parallel channel with a fixed aspect ratio (i.e., the average wall-membrane distance to the longitudinal membrane length) of 0.1. The permeation driven by the lubrication pressure between the membrane and wall is studied by varying the nondimensional permeability. At an infinitesimal permeability, the permeate flux model shows good agreement with the fully resolved numerical simulation owing to the comparable contribution of the Couette and Poiseuille components in the permeation model, whereas the permeation model exhibits a diverging trend at finite permeabilities because the Couette component in the model produces an excessive contribution to the lubrication pressure. However, by applying a simplified renormalization procedure to the Couette component into the lowest-order pressure component, the diverging trend is suppressed and the permeate flux in a finite permeability range is reproduced. The applicability of the renormalization-group permeation model is discussed in terms of the conditions of the wall-membrane gap and permeability range.

    DOI: 10.1103/PhysRevFluids.6.114101

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  • Transport of solute and solvent driven by lubrication pressure through non-deformable permeable membranes

    Yamada S., Takeuchi S., Miyauchi S., Kajishima T.

    Microfluidics and Nanofluidics   25 ( 10 )   2021年10月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Microfluidics and Nanofluidics  

    A discrete-forcing immersed boundary method with permeable membranes is developed to investigate the effect of lubrication on the permeations of solute and solvent through membrane. The permeation models are incorporated into the discretisation at the fluid cells including the membrane, and discretised equations for the pressure Poisson equation and convection–diffusion equation for the solute are represented with the discontinuities at the membrane. The validity of the proposed method is established by the convergence of the numerical results of the permeate fluxes (solute and solvent) to higher-order analytical models in a lubrication-dominated flow field. As a model of the mass exchange between inside and outside of a biological cell flowing in a capillary, a circular membrane is placed between parallel flat plates, and the effect of lubrication is investigated by varying the distance between the membrane and the walls. The pressure discontinuity near the wall is larger than that at the stagnation point, which is a highlighted effect of lubrication. In the case of a small gap, the solute transport is dominated by convection inside the circular membrane and by diffusion outside. Through the time variation of the concentration in the circular membrane, lubrication is shown to enhance mass transport from/to inside and outside the membrane.

    DOI: 10.1007/s10404-021-02480-5

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    その他リンク: https://link.springer.com/article/10.1007/s10404-021-02480-5/fulltext.html

  • Effect of lubrication in the non-Reynolds regime due to the non-negligible gap on the fluid permeation through a membrane

    Shintaro Takeuchi, Suguru Miyauchi, Shuji Yamada, Asahi Tazaki, Lucy T. Zhang, Ryo Onishi, Takeo Kajishima

    Fluid Dynamics Research   2021年5月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  • Effect of lubrication in the non-Reynolds regime due to the non-negligible gap on the fluid permeation through a membrane

    Shintaro Takeuchi, Suguru Miyauchi, Shuji Yamada, Asahi Tazaki, Lucy Zhang, Ryo Onishi, Takeo Kajishima

    Fluid Dynamics Research   2021年3月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:IOP Publishing  

    DOI: 10.1088/1873-7005/abf3b4

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    その他リンク: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1873-7005/abf3b4/pdf

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MISC 【 表示 / 非表示

  • 超音波計測融合シミュレーションによるFBGバイタルセンシング機序の解明 (特集 ヘルスケア衣環境のためのウェアラブルシステム)

    宮内 優, 早瀬 敏幸

    繊維学会誌 = Journal of the Society of Fiber Science and Technology, Japan   75 ( 12 )   P - 628-632   2019年12月

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:繊維学会  

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  • 血管壁近傍血流場が内皮細胞損傷に与える流体力学的影響の解明:(斜流負荷実験における HUVEC と HAEC のはく離率の比較)

    井上 浩介, 早瀬 敏幸, 宮内 優

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集   2019 ( 0 )   2G33   2019年

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:一般社団法人 日本機械学会  

    DOI: 10.1299/jsmebio.2019.31.2G33

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  • 間質領域への漏出を考慮した腫瘍微小環境の流れに対する有限要素解析:(提案手法の妥当性の評価)

    武田 智文, 宮内 優, 早瀬 敏幸

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集   2019 ( 0 )   2G23   2019年

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:一般社団法人 日本機械学会  

    DOI: 10.1299/jsmebio.2019.31.2G23

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  • 間質への漏出を考慮した単純形状腫瘍血管モデルの2次元流体解析

    宮内 優, 早瀬 敏幸

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集   2018 ( 0 )   2F09   2018年

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:一般社団法人 日本機械学会  

    DOI: 10.1299/jsmebio.2018.30.2F09

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  • 脳動脈瘤の肥厚部位と菲薄部位を特定する血行力学パラメータに関する研究:(輸送方程式の解析に基づく肥厚部位を特定するパラメータの評価)

    青木 一将, 宮内 優, 早瀬 敏幸, 杉山 慎一郎, 冨永 悌二

    バイオフロンティア講演会講演論文集   2018 ( 0 )   1C25   2018年

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:一般社団法人 日本機械学会  

    DOI: 10.1299/jsmebiofro.2018.29.1C25

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講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • Development of Wearable Device for Daily Continuous Blood Pressure Estimation Based on Pulse Rate Measurement: Effect of Pulse Rate Measurement Interval 国際会議

    宮内 優

    The Seventeenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2020) 

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    開催年月日: 2020年10月30日

    記述言語:日本語  

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  • Experimental Study on the Radial Particle Distributions of Neutrally Buoyant Spheres in a Dilute Suspension Flow through a Circular Microchannel 国際会議

    宮内 優

    The Twentieth International Symposium on Advanced Fluid Information (AFI2020) 

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    開催年月日: 2020年10月30日

    記述言語:日本語  

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  • Fundamental Study of the Blood Flow Field in the Left Ventricle with Aortic Regurgitation 国際会議

    宮内 優

    The Seventeenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2020) 

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    開催年月日: 2020年10月30日

    記述言語:日本語  

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  • Mass Transport Analysis in a Tumor Microenvironment Using Finite Element Method 国際会議

    宮内 優

    The Seventeenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2020) 

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    開催年月日: 2020年10月30日

    記述言語:日本語  

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  • Development of Correction Method of Aliasing in Two-Dimensional Ultrasonic-Measurement-Integrated Blood Flow Analysis System based on Explicit Method 国際会議

    宮内 優

    The Seventeenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2020) 

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    開催年月日: 2020年10月29日

    記述言語:日本語  

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科研費(文科省・学振・厚労省)獲得実績 【 表示 / 非表示

  • 多階層スケールの流動解析による赤血球と内皮グリコカリックスの力学的相互作用の解明

    研究課題/領域番号:19K20659  2019年04月 - 2023年03月

    日本学術振興会  科学研究費補助金  若手研究

    宮内 優

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    担当区分:研究代表者 

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  • 流体と多孔質弾性体の連成解析による軟骨の変形と滲出が生体潤滑に与える影響の解明

    研究課題/領域番号:17K14586  2017年04月 - 2020年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(B)  若手研究(B)

    宮内 優

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    担当区分:研究代表者 

    本研究の目的は、生体潤滑機構解明のために関節軟骨内外の流れおよび関節軟骨の変形を考慮した流体と多孔質弾性体の連成解析手法の開発を行い、生体軟骨の変形と滲出が骨端間の流体潤滑及び摩擦特性に与える影響を定量的に明らかにすることである。本年度は、流体と弾性体の連成コードを開発し、検証問題による開発したコードの妥当性の確認と解析に適した計算設定を調べた。
    流体構造連成解析に対するベンチマーク問題としてTurek and Hronが提案した、2次元矩形流路中の弾性棒の流体励起振動の解析を利用した。流体解析には移動境界問題に対する流体解析法の一つであるArbitrary Lagrange-Eulerian法を実装し、弾性体には検証問題の設定に合わせるために流体に対して透過性を有さないSt.Venant-Kirchhoffモデルを使用した。流体と弾性体の連成は強連成とした。界面の移動に対する流体メッシュの制御法には線形弾性体の平衡方程式を使用した。線形弾性体の構成式に使用されるパラメータに対する解の収束性を調べ、メッシュの歪みが小さくかつ求解の反復回数が少ない値を調査した。その結果、構成式のパラメータをポアソン比に変換した場合に、ポアソン比が0.3程度の値で最も計算が安定し、求解の反復回数が少ないことがわかった。さらに、有限要素法による流体変数の離散化に関して、流速が双線形、圧力が一定のQ1Q0要素と流速、圧力がともに双線形のQ1Q1要素の2つを用いて、計算負荷と計算精度を比較した。このベンチマーク問題に対しては、Q1Q0要素で十分にTurek and Hronの数値解と近い結果を示し、Q1Q1要素の解析に比べ、計算負荷の観点で優位であった。

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