デトネーション伝播の様子

デトネーションを利用したエンジンは、衝撃波の圧縮を使って高温下で燃焼を行うことで従来のエンジンよりも単純な作りで高い熱効率が実現できると考えられており、ガスタービンやロケットエンジンへの応用が期待されています。

デトネーションエンジンの一種として、回転デトネーションエンジン（Rotating Detonation Engine、RDE）が盛んに研究されています。RDEは1秒に数千回転もの高速作動を実現しますが、特定の条件下でデトネーション波の伝播速度が低下することが確認されています。しかしその支配的な要因は解明されておらず、燃料・酸化剤の混合不十分がその一因として指摘されています。エンジンでは火炎の逆流を防ぐために燃料・酸化剤を別々に注入する機構が一般に採用されますが、デトネーションが極超音速で伝播するために内部でうまく混ざりきらないのです。

そこで本研究では、燃料・酸化剤が別々に注入されたRDE内部を計算機上で再現し、流体の運動と化学反応の相互作用を考慮した二次元数値解析を行うことで、RDEにおけるデトネーション伝播速度低下の要因を解明することを目指しています。

RDEモデル化のプロセス

RDE内部の物理現象は複雑であり、特定の現象に焦点を当てるため、また計算機のコストを減らすためにどのようなモデル化を行うかが重要になります。本研究では燃料・酸化剤が混ざっていない状態を再現することで、これらの混合機構に着目しています。