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解析事例・インタビュー

近畿大学 農学部 様
“海のダイヤ”クロマグロの生態を流体解析で明らかにする

[前編]“海のダイヤ”と呼ばれるクロマグロについては、まだ解明されていないことが多い。大型で大海を回遊する魚であるマグロは、観察も実験も容易ではないからだ。近畿大学 農学部 水産学科の高木力教授は、その未知の生態を流体解析で解明しようとチャレンジし続けている。

近畿大学 農学部 水産学科
漁業生産システム研究室 教授 高木力 氏

 マグロの中でも最高級とされるクロマグロ。2002年、近畿大学によるクロマグロの完全養殖が成功し、「近大マグロ」として話題となった。

 現在、クロマグロの生態については、今もなお未知の部分が多いという。そんなクロマグロをはじめとする魚類に流体解析を適用して、さらに生態を明らかにする取り組みを行っているのが、近畿大学 農学部 水産学科 漁業生産システム研究室 教授の高木力氏だ。

 マグロは外洋に生息する大型で肉食の回遊魚である。サバやカツオ、カジキなどと同じスズキ目サバ亜目サバ科に属しており、クロマグロのほかにキハダマグロやメバチマグロなど8種が生息する。クロマグロはその中でも全長が3m、体重は400kgに達し、最大級である。消費量においては漁獲されるマグロのうち2%にすぎないが、“海のダイヤ”とも呼ばれ、最も市場価格の高い魚でもある。高木氏らは流体解析ツールを使って、クロマグロの遊泳能力に関するさまざまな解析を実施してきた。

​ マグロの泳ぐ速度は非常に速い。キハダマグロの場合は75km程度だが、速いものでは時速90kmになるともいわれる。「水中最速の動物」といわれるバショウカジキは時速108km。いっぽう、生物に対して使われる、単位時間当たりに体長の何倍進むかを表す体長倍速度は、キハダマグロが20 BL/s、バショウカジキは15BL/sである。この値をみても、水中の生物でマグロはトップクラスの速度だといえる。

図1 3D計測機器で冷凍マグロの実物をスキャンして作成したモデル

(クリックで拡大)

 これだけ高速で、かつ長距離を移動することから、マグロの体の抵抗は非常に小さいと予測される。だが生身の魚を使って抵抗を求めることは非常に難しい。実験をするためにはまず魚が泳げるサイズで流速を変えられる水中環境が必要だ。また魚に抵抗板を取り付けるなどといったことも必要になるという。そして実験をしても大まかな数値しか得られない。そのため高木氏は流体解析を活用することにしたという。マグロのバーチャルモデルについては、レーザー3D計測機器でマグロの実物をスキャンして作った。腐敗を防ぐため冷凍状態のマグロを使い、レーザーの乱反射を防ぐために白く塗ったりするなど、モデル化の際にはかなり苦労したそうだ。(図1)

図2 クロマグロの尾びれを動かして泳ぐ様を流体解析

(クリックで拡大)

マグロの推進力や揚力をシミュレーション

  流体解析ツールで加速せず慣性で水中を進んでいるグライド(滑空)状態における抵抗を見積もったところ、体長34cmのマグロの場合5gfだった。これは高さ15cmの円柱を流れに対して回転軸を垂直に置いた状態で、高さ15cmの円柱に換算すると、円柱の太さが直径3mmに相当する。さらに体長100cmの場合でも400gf、円柱換算で直径30mmと非常に小さいことが分かった。

  さらに尾ビレを動かした場合のシミュレーションも行った。(図2)実際のマグロの動きをカメラで撮影し、各点の動きに周期関数を与えて近似することで、バーチャル上で滑らかな動きを再現した。これによって尾ビレの推進力や、翼の代わりをする胸ビレを開いた場合など、さまざまな状態での解析を実施した。

​  マグロの揚力を発生させる働きをもつのは胸ビレである。マグロには浮き袋があるもののほとんど機能していないため、飛行機のように前進することによってしか揚力を得ることができない。マグロが泳ぎ続けなければいけないと言われる理由の一つがこれになる。シミュレーションを行うことで、胸ビレを開くことによって大きな揚力を発生できることも確認することができた。なお胸ビレをたたんだ時は、体の両側面にあるへこみに胸ビレを収納することができ、体全体が流線型になることで抵抗を極力減らせるようになっている。また尾の付け根の左右にはこぶがあり、これも翼の役割を果たすという。「さらに大きなバショウカジキだと複葉機のように2層になっていて、まるで機械のように思えます。これらの生物の形を流体解析を通して見ると、形の意味が見えてきて非常に面白いです」と高木氏は言う。

※SCRYU/Tetraは、日本における株式会社ソフトウェアクレイドルの登録商標です。
※その他、本インタビュー記事に記載されている会社名、製品・サービス名は、各社の商標または登録商標です。
※本インタビュー記事の内容は2014年3月現在のもので、予告なしに変更する場合があります。また、誤植または図、写真の誤りについて弊社は一切の責任を負いません。

プロフィール



 

近畿大学 農学部 水産学科 漁業生産システム研究室
設立 1949年
学校種別  私立
本部所在地 大阪府東大阪市
URL http://www.kindai.ac.jp/

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