Development of high-fidelity large scale simulation software on reactive flow for significant improvement of combustion efficiency

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米国発の大規模数値解析ライブラリと，これと高親和性の研究分担者開発による計算高効率化手法とを組合せ，反応性流体の大規模数値計算を実施している．当グループ独自のマイクロ燃焼現象，さらに実用燃焼器を模した小容器内における正ヘプタンの着火・燃焼現象に関する実験（他大学による先実験）を標準現象として，継続可能な共同開発環境の整備をすすめている．これまで，次世代燃焼技術（着火促進）として期待される非平衡プラズマアシスト燃焼の数値解析を実施してきた．当初予定した海外渡航は実施不可であったが，非平衡プラズマアシスト燃焼に関する数値的研究を進め，プラズマ反応から着火～燃焼完了まで包括的な数値計算を行う手法に道筋をつけ，2021年には非平衡プラズマによる着火効果に関する学術論文を公刊した。換算電界の大小によるプラズマ反応の進行が，単純なエネルギーの大小のみならず，電界付与と局所的な化学種の分布状況に依存することを示している．また，数値解析ライブラリと計算高効率化手法との組合せによる，他大学で実施された実験（着火～火炎伝播～異常燃焼であるノッキング）との比較による検証に取り組んでいる．スパコンで3ヶ月ほどを要した大規模数値計算を完了し，実験結果と圧力履歴および可視化画像からみた現象の全体像とが一致する結果を既に得ており（原著論文発表済），さらに詳細なメカニズム分析および考察を進めた．その結果，着火～火炎伝播～異常燃焼であるノッキングに至る過程を極めてシンプルな手段で再現できる手法の創出に目処をつけることに成功し，現在，論文執筆中である．またマイクロ燃焼現象における不安定振動燃焼の数値解析をサロゲート燃料の場合にも拡大，これまでに，極めて興味深い残留成分の排出を見いだしている．