予混合火炎モデル — 先端技術と研究動向

3つの方向性が注目されている。(1) 水素予混合火炎のLES、(2) サーモアコースティック不安定性の予測、(3) DNSデータに基づくモデル改良だ。

水素はルイス数 $Le \approx 0.3$ と極端に小さいため、差拡散効果で火炎面に強い局所的温度上昇（thermodiffusive instability）が生じる。これにより火炎面がcellular structureを形成し、通常の予混合燃焼モデルの仮定が破れる。

H2予混合火炎のLESでは以下の対応が必要だ。

• TFMの効率関数にルイス数効果を組み込む
• FGMテーブルを$Le \neq 1$で再計算
• 可能であればDNSとの比較で検証

LESで圧力変動と発熱変動の時系列を取得し、Rayleigh indexを計算する。

$RI > 0$ の領域が不安定性を駆動する。この手法でガスタービンの燃焼振動周波数と振幅を定量的に予測できるようになってきた。CERFACS（仏）やTU Munich の研究グループが先導している。

PeTA-FLOPSクラスのHPCにより、予混合火炎のDNS（$Ka$ = 100以上のthin reaction zone条件）が可能になった。DNSデータから以下の知見が得られている。

そうだ。実験では計測困難な火炎面の微細構造をDNSが明らかにし、RANSやLESのサブモデルを改良する。この「DNS → モデル改良 → 3D検証」のサイクルが現代の燃焼CFD研究の標準的な方法論だ。