配分額：48100000円 （ 直接経費：37000000円 、 間接経費：11100000円 ）

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配分額：45370000円 （ 直接経費：34900000円 、 間接経費：10470000円 ）

本研究では，乱流燃焼のLarge Eddy Simulation(LES)のための物理数学モデルとして乱流燃焼モデルと火炎・壁面干渉熱伝達モデルを構築し，それらのモデルパラメータ同定において大規模直接数値計算(DNS)及び先端レーザ計測データを基盤とする深層学習等のAI技術を導入することで高精度AI支援モデルを構築する．令和3年度は，研究代表者らが提案したFDSGS燃焼モデルにおいて火炎面のフラクタル特性の下限を決定するインナーカットオフスケールに対する相関式等の代替として前年度に構築した深層学習モデルを，ガスタービン燃焼器等の強い旋回流を含む燃焼場において精度検証及び改良を行うことを重点に研究を行った．前年度の開発過程で対象とした一様乱流中の平面乱流予混合火炎に加えて，Ｖ型乱流火炎，平面噴流乱流火炎及びマイクロガスタービンを模擬した矩形燃焼器の旋回乱流予混合火炎を対象として，開発したAI支援モデルの精度検証を行った．いずれの乱流燃焼場においても，開発したAI支援モデルは未燃側で局所コルモゴロフ・スケールを高精度に予測可能であり，研究代表者らによるFDSGS燃焼モデルの高精度化に寄与できることを明らかにした．加えて，層流条件でのHead on quenchingを対象にAI支援火炎・壁面干渉熱伝達モデルの構築に取り組んだ．種々の燃料，当量比，予熱温度，壁温，圧力等の条件における層流予混合火炎と壁面の干渉に関するDNSデータを有効利用し，火炎・壁面干渉時に生じる極めて大きな壁面熱流束をLESの枠組みの中で考慮に入れることを可能とするAI支援モデルを構築した．適切な入力物理量の選定を行うことで，LESの任意の空間解像度及び時間解像度において，火炎・壁面干渉による壁面熱流束を予測する高精度AI支援モデルを構築した．

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配分額：14950000円 （ 直接経費：11500000円 、 間接経費：3450000円 ）

本研究では，高強度乱流・高圧条件下の希薄乱流予混合火炎の燃焼特性，燃焼不安定性及び燃焼振動特性を火炎構造の観点から明らかにすること，さらに得られた知見に基づいて燃焼制御手法，特にプラズマを利用した制御手法を構築することを目的としている．2021年度は，新型コロナウィルス感染症拡大のため予定していた渡航を実施できず，以下の点を訪問先の研究者との議論を交えて進めた．
シングルスワール型の完全予混合燃焼器を対象として高速粒子画像流速計（高速PIV）を適用することにより燃焼器中心軸に設置されたブラフボディが流速変動特性に与える影響等を明らかにした．またOHラジカルの平面レーザ誘起蛍光法（PLIF），自発光及び高速PIVの複合光学計測から，安定燃焼から燃焼振動へと遷移する際の位相変化特性及びダイナミックモード特性等を明らかにした．これらの結果に基づきシングルスワール型燃焼器における誘電体バリア放電プラズマアクチュエータ（DBDPA)による流動制御に基づく燃焼振動抑制手法の構築を進めた．
デュアルスワール型の部分予混合燃焼器を対象として上記の複合光学計測を適用することにより火炎変動及び火炎基部特性などを明らかにした．また，燃焼器の音響モードと火炎基部変動及び自発光変動との関係の検討を進め，部分予混合火炎の振動要因に関する知見を獲得した．
燃焼振動に関わる擾乱エネルギー検討のためcoherent anti-Stokes Raman scattering spectroscopy (CARS)及びLIFに基づく化学種濃度及び温度の計測手法の構築を進めた．Dual pump CARSから層流火炎を対象に窒素及び酸素の濃度計測法を，OH二波長LIFから温度計測法を構築し，層流火炎に適用することで高精度計測が可能な励起波長を明らかにした．

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配分額：44200000円 （ 直接経費：34000000円 、 間接経費：10200000円 ）

本研究では，直接数値計算と呼ばれる高精度な数値シミュレーション法と最先端のレーザ計測技術を用いて，自動車エンジンや発電用ガスタービン燃焼器の熱効率向上に重要となる火炎と壁面の干渉機構を解明した．壁面表面での中間生成物の反応機構と壁面熱流束の関係を明らかにし，壁面近傍で火炎が消炎する直前には層流状態での燃焼速度を示すことを明らかにした．燃料の組成により火炎と壁面の干渉機構は異なり，乱流による歪み速度と壁面冷却によるラジカル生成反応の抑制が相乗的に影響を及ぼすことで消炎が起こることを明らかにした．また，火炎と壁面の干渉機構を考慮に入れたSGS燃焼モデルの構築も行い，その予測精度を検証した．

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配分額：25090000円 （ 直接経費：19300000円 、 間接経費：5790000円 ）

本研究では，希薄乱流予混合火炎の火炎構造に基づき火炎応答特性を明らかにするとともに，誘電体バリア放電（DBD）プラズマアクチュエータ等の制御デバイスの反応性気体制御に対する火炎応答特性を明らかにし，有用な燃焼制御法を確立することを目的として研究を遂行した，高速度平面レーザ誘起蛍光法と粒子画像流速計などの複合計測を行い，火炎構造，火炎自発光及び圧力変動特性との関係を明らかにし，燃焼振動現象の理解の深化に貢献した．さらに，制御デバイスの圧力変動に対する能動制御法を構築し，特に，圧力変動に対して特定の位相差をもって制御を行うことで，旋回乱流予混合火炎の時間的・空間的変動を抑制することに成功した．

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