宇宙実験と数理科学計算の融合による希薄燃焼限界近傍における特異火炎挙動の新理論

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現在主要なエネルギー源として利用されている燃焼は，使用する燃料の量を大幅に削減できれば，排出される二酸化炭素を低減しつつ高効率な熱機関を実現できるため，環境への負荷を極端に減らしたエネルギー資源として利用できる．本研究では，燃料の量が極端に少ない条件において発現する特異な火炎現象の性質を明らかにし，その火炎を制御・応用することで実現される超高効率・低環境負荷のエネルギー利用法の提案に向け，必要となる手法と基礎理論の構築を目指す．本研究の目的は燃料希薄燃焼限界の限界近傍の火炎挙動の徹底解明に向け，希薄燃焼限界近傍において発現する特異な火炎挙動を調べることである．数年内に宇宙ステーションでの実験開始が予定されており，計測手段が限られる宇宙実験と組み合わせることで詳細な解析が可能な数値計算手法を検討する．本年度は，希薄条件など極限化した条件において計算負荷が膨大となる問題に量子コンピュータの計算資源を利用すべく，燃焼反応を計算する量子アルゴリズムを開発した．温度一定の条件のもとで進行する素反応を対象とした化学反応過程を評価するアルゴリズムに加えて，温度依存性も考慮したアルゴリズムを作成，既存のアルゴリズムと比較した．その結果，高い精度で既存のアルゴリズムによる結果を再現することを確認し，成果の一部をScientific Reportsに投稿し，受理された．並行して，球状伝播火炎の消炎現象を調査すべく解析モデルを作成，シミュレーションでの消炎現象を再現することに成功した．希薄燃焼限界近傍での火炎挙動調査を目的とした宇宙ステーションでの実験に向け，打ち上げ用装置の仕様を策定した．