火焰可视化 — 当量比对燃烧状态的影响
拖动φ滑块，火焰颜色和高度随之变化。蓝色火焰（稀）→黄橙色（化学计量比）→红黑色（浓混合）。
绝热火焰温度 T_ad vs 当量比 φ（4种燃料对比）
关于燃烧计算模拟器
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「当量比φ」って名前からして難しそうですが、簡単に言うとどういう意味ですか？
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ざっくり言うと「燃料と空気の混合の濃さ」だよ。φ=1がちょうど燃料を完全燃焼させるのに必要な理論的な空気量。スライダーを左に動かして0.7にすると、空気が多すぎる「希薄混合」。右に動かして1.5にすると燃料過剰な「濃混合」になる。ガスコンロの炎が青いのは希薄、オレンジの炎は濃いか不完全燃焼のサインだよ。
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「炎アニメーション」タブを開いたら、φを変えると炎の色が変わりました！希薄だと青っぽくて、濃いと赤くなりますね。これって実際の炎と同じですか？
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よく気がついたね。実際の炎でもその通り。希薄混合（φ<1）は酸素が豊富で完全燃焼しやすいから、青い炎になりやすい。これが理想的な状態。逆にφ>1.2あたりまで上げてみて。炎の色が赤くなって、画面上部に煙っぽいモヤが出てくる。これが不完全燃焼で発生するすすや一酸化炭素を表現してるんだ。
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「生成物組成」タブのグラフで、φ=1を超えたあたりから突然COが増えますね。なぜこのタイミングでCOが出るんですか？
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酸素が不足するからだよ。メタンを例にすると、CH4の完全燃焼には2モルのO2が必要。φ=1では酸素がちょうど足りる。φ>1になると供給O2が足りなくて、一部の炭素がCO2まで酸化されず、途中のCO（一酸化炭素）で止まっちゃう。グラフのCO曲線がφ=1でカクっと上がり始めるのは、まさにその「酸素不足の臨界点」なんだ。
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「T_ad vs φ 曲線」タブを見ると、断熱火炎温度のピークがφ≈1.0〜1.1のあたりにありますね。これはなぜですか？
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希薄側（φ<1）では過剰な空気が邪魔をして、燃焼熱が余った空気を温めるために使われてしまう。濃側（φ>1）では燃料が完全燃焼しないから発熱量が減る。この二つのバランスが取れるのがφ≈1付近。実はガスタービンや工業炉では、この最高温度点を材料の耐熱限界と照らし合わせて運転点を決めるんだよ。
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水素（H2）に切り替えると、T_ad曲線が他の燃料より高くなりますね。CO2も0ですし、水素燃料は最強ですか？
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CO2排出ゼロという意味では確かにクリーンだね。でもデメリットもある。断熱火炎温度が高い（約2500K超）ということは、大気中のN2とO2が反応してNOx（窒素酸化物）が大量に発生しやすい。これは大気汚染の原因になる。だからNOx対策として低φで希薄燃焼させたり、水蒸気を混ぜて温度を下げる工夫が必要なんだ。「最強」とは言えない、一長一短があるよ。
物理模型与公式
メタン（CH₄）の化学量論的完全燃焼反応
$$\mathrm{CH_4 + 2\left(O_2 + 3.76\,N_2\right) \rightarrow CO_2 + 2\,H_2O + 7.52\,N_2}$$
当量比φを導入すると、実際の反応物中の酸素量は化学量論量の $1/\phi$ 倍となります：
$$\mathrm{CH_4 + \frac{2}{\phi}\left(O_2 + 3.76\,N_2\right) \rightarrow \sum_i n_i\,\text{Product}_i}$$
φ < 1（希薄）では残余O2が生成物に含まれ、φ > 1（濃）ではCOと未燃H2が生じます。
断熱火炎温度のエンタルピーバランス
$$\sum_{\text{reactants}} n_i \left[\Delta H_{f,i}^\circ + \int_{T_\text{ref}}^{T_\text{in}} C_{p,i}(T)\,dT\right]
= \sum_{\text{products}} n_j \left[\Delta H_{f,j}^\circ + \int_{T_\text{ref}}^{T_\text{ad}} C_{p,j}(T)\,dT\right]$$
$n_i, n_j$: 反応物・生成物のモル数 | $\Delta H_f^\circ$: 標準生成エンタルピー
$C_p(T)$: 温度依存の定圧比熱 | $T_\text{ad}$: 断熱火炎温度（求める未知数）
本ツールでは比熱を一定近似（$C_p = \text{const}$）として計算：
$$\Delta T \approx \frac{\Delta H_\text{rxn}}{\sum_j n_j C_{p,j}}$$
常见问题
自動車では排ガス中のO2センサー（λセンサー）が排気ガス中の残存酸素を測定し、φ（正確にはλ=1/φ）をリアルタイムで計算します。燃焼研究では、燃料と空気の質量流量を正確に計測して$\phi = (m_f/m_a)/(m_f/m_a)_\text{stoich}$を求めます。
外部への熱損失がゼロという理想条件を仮定しているからです。実際の燃焼器では壁面への放熱、熱放射、不完全混合などによって実際の火炎温度はT_adより低くなります。T_adは理論上の最高温度であり、材料の耐熱設計では安全マージンの基準値として使います。
実際の燃焼器では、燃料と空気の混合が不均一なため、理論空気量（φ=1）ではどこかでCOが発生します。10〜30%の過剰空気を加えることで不完全燃焼を防ぎます。ただし過剰空気が多すぎると排ガス損失が増え、NOxも増加する（希薄でも高温部でNOxが発生）ためバランスが重要です。
CO2排出量は燃料の炭素含有量に依存します。シミュレーターの「CO2 (kg/kg)」を見ると、メタン（CH4）が最小でオクタンが最大です。プロパン（C3H8）はLPGの主成分でガソリンよりCO2が少なく、都市部のクリーン燃料として使われます。ただし発熱量当たりのCO2（carbon intensity）で比較する必要もあります。
本ツールは化学量論的な平衡近似を用いており、比熱を定数として扱います。実際の燃焼ではCO⇌CO2の乖離反応、NO/NO2生成、Cpの温度依存性などが無視されるため、2000K超の高温域では±10〜15%程度の誤差があります。教育目的・傾向把握には十分ですが、設計値にはCantera等の詳細反応計算を推奨します。
EGR（Exhaust Gas Recirculation）は排ガスの一部を吸気に混ぜることで燃焼温度を下げてNOxを削減する技術です。本ツールでは直接EGR率を設定する機能はありませんが、実効当量比を下げる（φを減らす）ことや入口温度T_inを上げることで、部分的にEGRの効果を模擬できます。