(57)【要約】【課題】計算負荷が小さくかつ正確なフルケミストリ解析を可能とする。【解決手段】素反応機構と空間零次元で時間一次元化された方程式とを用いて混合ガスの温度変化を算出し、当該温度変化からシミュレーションによってシミュレーション温度分布を算出し、シミュレーション温度分布が実験にて得られた空間一次元の温度分布に合うように素反応機構に含まれるパラメータを調整する。【選択図】図４
2010110724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応を解析する反応メカニズム解析装置であって、
実験により得られた前記化学反応の際の空間一次元の温度分布を実験データとして記憶する実験データ記憶手段と、
前記化学反応を記述する複数の素反応式及び該素反応式に関連付けられたパラメータを素反応データとして記憶する素反応データ記憶手段と、
前記素反応データからシミュレーションデータを算出するための空間零次元で時間一次元化された方程式を演算データとして記憶する演算データ記憶手段と、
前記素反応データ及び前記空間零次元で時間一次元化された方程式を用いて前記シミュレーションデータを算出する算出部と、
前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であるかを判定する判定部と、
前記素反応データに含まれる前記パラメータを調整可能なパラメータ調整手段と、
前記判定部において前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であると判定されるまで、前記パラメータ調整手段による前記パラメータの調整及び調整後の前記パラメータを用いた前記算出部による前記シミュレーションデータの算出を繰り返し実行させる制御手段と
を備えることを特徴とする反応メカニズム解析装置。
【請求項２】
前記空間零次元で時間一次元化された方程式は、
中間生成物の濃度変化を示す項を含む質量保存の式と、
素反応によって生成される中間生成物と前記初期物質との混合体の内部エネルギを示す項、前記素反応により移動するエネルギを示す項、及び前記混合体と外部との熱伝達により移動するエネルギを示す項を含むエネルギ保存の式と
を有することを特徴とする請求項１記載の反応メカニズム解析装置。
【請求項３】
前記算出部が、前記素反応によって生成される中間生成物の濃度変化及び前記初期物質と前記中間生成物との混合体の温度変化とを前記シミュレーションデータとして算出し、
前記判定部が、前記混合体の温度変化を空間一次元化することによって空間一次元のシミュレーション温度分布を算出し、該シミュレーション温度分布と前記実験データとして記憶された前記温度分布とを比較し、前記シミュレーション温度分布が前記実験データとして記憶された温度分布との差が許容範囲内である場合に前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であると判定する
ことを特徴とする請求項１または２記載の反応メカニズム解析装置。
【請求項４】
前記実験データとして記憶される空間一次元の温度分布は、
複数の前記初期物質が混合された予混合ガスを、常温における消炎径よりも小さな直径に設定された内部流路を備えると共に流れ方向に前記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温するように加熱された管に、火炎形成位置が安定しかつ前記予混合ガスの流速に依存しなくなる流量で供給した際に得られる温度分布である
ことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の反応メカニズム解析装置。
【請求項５】
解析された素反応を基に解析を行う際の解析条件を記憶する解析条件記憶手段と、前記化学反応を記述する複数の素反応式を前記解析条件に基づいて選択すると共に選択された素反応式に関連付けられたパラメータを調整可能な選択手段とを備え、
前記制御手段は、前記判定部において前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であると判定された場合に前記選択手段による前記素反応式の選択及び前記パラメータの調整を実行させる
ことを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の反応メカニズム解析装置。
【請求項６】
複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応を解析する反応メカニズム解析方法であって、
前記化学反応を記述する複数の素反応式及び該素反応式に関連付けられたパラメータを有する素反応データ及び該素反応データからシミュレーションデータを算出するための空間零次元で時間一次元化された方程式を有する演算データを用いてシミュレーションデータを算出する算出工程と、
前記シミュレーションデータが、実験により得られた前記化学反応の際の空間一次元の温度分布を有する実験データを導出可能であるかを判定する判定工程と、
前記素反応データに含まれる前記パラメータを調整可能なパラメータ調整工程とを有し、
前記判定工程において前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であると判定されるまで、前記パラメータ調整工程及び調整後の前記パラメータを用いた前記算出工程を繰り返し行う
ことを特徴とする反応メカニズム解析方法。
【請求項７】
前記空間零次元で時間一次元化された方程式は、
中間生成物の濃度変化を示す項を含む質量保存の式と、
素反応によって生成される中間生成物と前記初期物質との混合体の内部エネルギを示す項、前記素反応により移動するエネルギを示す項、及び前記混合体と外部との熱伝達により移動するエネルギを示す項を含むエネルギ保存の式と
を有することを特徴とする請求項６記載の反応メカニズム解析方法。
【請求項８】
前記算出工程にて、前記素反応によって生成される中間生成物の濃度変化及び前記初期物質と前記中間生成物との混合体の温度変化とを前記シミュレーションデータとして算出し、
前記判定工程にて、前記混合体の温度変化を空間一次元化することによって空間一次元のシミュレーション温度分布を算出し、該シミュレーション温度分布と前記実験データとして記憶された前記温度分布とを比較し、前記シミュレーション温度分布が前記実験データとして記憶された温度分布との差が許容範囲内である場合に前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であると判定する
ことを特徴とする請求項６または７記載の反応メカニズム解析方法。
【請求項９】
複数の前記初期物質が混合された予混合ガスを、常温における消炎径よりも小さな直径に設定された内部流路を備えると共に流れ方向に前記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温するように加熱された管に、火炎形成位置が安定しかつ前記予混合ガスの流速に依存しなくなる流量で供給した際に得られる温度分布を前記化学反応の際の空間一次元の温度分布として取得する実験工程を有することを特徴とする請求項６〜８いずれかに記載の反応メカニズム解析方法。
【請求項１０】
解析された素反応を基に解析を行う際の解析条件に基づいて前記化学反応を記述する複数の素反応式を選択すると共に選択された素反応式に関連付けられたパラメータを調整可能な選択工程を有し、
前記判定工程において前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であると判定された場合に前記選択工程を行う
ことを特徴とする請求項６〜９いずれかに記載の反応メカニズム解析方法。
【請求項１１】
コンピュータを、
実験により得られた前記化学反応の際の空間一次元の温度分布を実験データとして記憶する実験データ記憶手段と、
前記化学反応を記述する複数の素反応式及び該素反応式に関連付けられたパラメータを素反応データとして記憶する素反応データ記憶手段と、
前記素反応データからシミュレーションデータを算出するための空間零次元で時間一次元化された方程式を演算データとして記憶する演算データ記憶手段と、
前記素反応データ及び前記空間零次元で時間一次元化された方程式を用いて前記シミュレーションデータを算出する算出部と、
前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であるかを判定する判定部と、
前記素反応データに含まれる前記パラメータを調整可能なパラメータ調整手段と、
前記判定部において前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であると判定されるまで、前記パラメータ調整手段による前記パラメータの調整及び調整後の前記パラメータを用いた前記算出部による前記シミュレーションデータの算出を繰り返し実行させる制御手段と
して機能させる反応メカニズム解析プログラム。
【請求項１２】
前記コンピュータを前記算出部として機能させる場合に、
中間生成物の濃度変化を示す項を含む質量保存の式と、素反応によって生成される中間生成物と前記初期物質との混合体の内部エネルギを示す項、前記素反応により移動するエネルギを示す項、及び前記混合体と外部との熱伝達により移動するエネルギを示す項を含むエネルギ保存の式とを前記空間零次元で時間一次元化された方程式として用いて前記シミュレーションデータを算出させることを特徴とする請求項１１記載の反応メカニズム解析プログラム。
【請求項１３】
前記コンピュータを前記算出部として機能させる場合に、
前記素反応によって生成される中間生成物の濃度変化及び前記初期物質と前記中間生成物との混合体の温度変化とを前記シミュレーションデータとして算出させ、
前記コンピュータを前記判定部として機能させる場合に、前記混合体の温度変化を空間一次元化することによって空間一次元のシミュレーション温度分布を算出させ、該シミュレーション温度分布と前記実験データとして記憶された前記温度分布とを比較させ、前記シミュレーション温度分布が前記実験データとして記憶された温度分布との差が許容範囲内である場合に前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であると判定させる
ことを特徴とする請求項１１または１２記載の反応メカニズム解析プログラム。
【請求項１４】
前記コンピュータを判定部として機能させる場合に、
複数の前記初期物質が混合された予混合ガスを、常温における消炎径よりも小さな直径に設定された内部流路を備えると共に流れ方向に前記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温するように加熱された管に、火炎形成位置が安定しかつ前記予混合ガスの流速に依存しなくなる流量で供給した際に得られる温度分布を前記実験データとして記憶される前記空間一次元の温度分布として用いることを特徴とする請求項１１〜１３いずれかに記載の反応メカニズム解析プログラム。
【請求項１５】
前記コンピュータを、解析された素反応を基に解析を行う際の解析条件を記憶する解析条件記憶手段と、前記化学反応を記述する複数の素反応式を前記解析条件に基づいて選択すると共に選択された素反応式に関連付けられたパラメータを調整可能な選択手段として機能させ、
前記判定部において前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であると判定された場合に前記コンピュータを前記選択手段として機能させる
ことを特徴とする請求項１１〜１４いずれかに記載の反応メカニズム解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応を解析する反応メカニズム解析装置、反応メカニズム解析方法及び反応メカニズム解析プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ある初期物質同士が化学反応によって最終生成物となる場合には、その化学反応の過程において中間生成物が生成される。そして、ある初期物質が最終生成物となる化学反応は、上記中間生成物が生成される複数の素反応の組み合わせによって記述される。この素反応の数は非常に多く、例えば最も単純な水素と酸素の燃焼反応においても、３７種の素反応を有している。これが灯油等の分子量が大きな物質の燃焼反応では、生成される中間生成物の種類も非常に多くなり、５０００以上の素反応を有する場合も珍しくない。
【０００３】
近年は、コンピュータの進歩により、様々な現象をシミュレーションによって解析することが可能となっている。そして、このようなシミュレーションによって化学反応等を含む実現象を正確に解析するためには、上述の素反応によって生成される中間生成物の濃度変化や混合ガス（初期物質同士のみが混合された予混合ガスのみからなるガス、あるいは当該予混合ガスと中間生成物とが混合したガスの両方を含む）の温度変化をコンピュータに組み込むことによって、素反応を考慮してシミュレーションを行う必要がある。このため、シミュレーションに先立ち、各素反応によって生成される中間生成物の濃度変化や混合ガスの温度変化を明らかにする、いわゆるフルケミストリ解析が行われる。
例えば、エンジン等の燃焼機関における流場をＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）解析する場合には、より正確なＣＦＤ解析を可能とするために、ＣＦＤ解析に先立ち、燃料が燃焼反応する際に生成される中間生成物の濃度変化及び混合ガスの温度変化を明らかにするためのフルケミストリ解析を行う。
【０００４】
一般的にフルケミストリ解析を行う場合には、実験によって燃料が燃焼反応する際の温度分布を実験データとして取得し、予め分子動力学法（特許文献１参照）等によって算出された素反応式に関連付けられたパラメータを実験データに合うように調整することによって行われる。
より詳細には、例えば非特許文献１に記載されたいわゆるＡＳＴＭ（American Standard of Testing Method）法等の何らかの実験手法を用いて燃料が燃焼反応する際の温度分布を測定する。続いて、実験空間を複数の領域に分割し、予め与えられた複数の素反応式及びこれらの素反応式に関連付けられたパラメータを用いて各領域の温度をシミュレーションにて算出することによって温度分布を取得する。そして、シミュレーションによって得られた温度分布と実験データが示す温度分布との差が許容可能範囲内となるまで、繰り返し素反応式に関連付けられたパラメータ（例えば頻度係数及び活性化エネルギ）を調整し、最終的に実験データと一致するシミュレーションデータを導き出せるパラメータの解を取得する。
そして、上述のように導き出されたパラメータを用いることによって、任意の時間における中間生成物の濃度や混合ガスの温度が算出可能となり、より正確なＣＦＤ解析等のシミュレーションを行うことが可能となる。
【特許文献１】特開２００５−３４８４３号公報
【非特許文献１】板垣晴彦，産業安全研究所研究報告  ＮＩＩＳ−ＲＲ−２００２（２００３）  「可燃性液体の発火温度の圧力依存性について」，Research Reports of the National Institute of Industrial Safety, NIIS-RR-2002(2003) UDC 614.841.41+543.87:662.612.1「The Dependence of Initial Pressure on the Autoignition Temperature of Flammable Liquid」（www.jniosh.go.jp/publication/RR/pdf/RR-2002-06.pdf）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の実験方法では、実験空間が三次元性を持っており、例えばＡＳＴＭ法では、容量が５００ｍｌの丸底フラスコの内部が実験空間とされている。このため、正確なフルケミストリ解析を行うためには実験空間を数万の領域に分割する必要がある。そして、燃料として上述の灯油を想定した場合には、数万の分割領域の各々に対して５０００以上の素反応式の計算を行い、さらに最終的に実験データと一致するシミュレーションデータが得られるまで素反応式に関連付けられたパラメータを繰り返し調整しながら同様の計算を繰り返し行う必要がある。このため、計算能力に優れたスーパーコンピュータを用いたとしても、現実的な時間内にて実験データと一致するシミュレーションデータを導き出せるパラメータの解を取得することは難しい。
【０００６】
なお、実験空間の位置を、温度の従属変数としてとらえ、中間生成物の濃度変化を算出する計算を空間零次元化して計算量を減少させることができる。
しかしながら、例えばＡＳＴＭ法による測定方法では、大きな容積をもつ丸底フラスコに可燃性液体を滴下させて着火させるため、丸底フラスコ内の温度分布が不均一となり、測定される温度分布が実験環境における不確定要因に影響を受ける場合がある。また、丸底フラスコ内に滴下された可燃性液体は、着火前に蒸発して混合気となる。そして、着火温度は混合気の濃度に依存して変化するが、ＡＳＴＭ法では、混合気の濃度が一定である保証はない。つまり、実験空間が三次元性を持つ実験方法にて測定された温度分布は、少なからず実験環境における不確定要因の影響を受けた値である。
このため、実験空間が三次元性を持つ実験方法にて得られた実験データに合わせてシミュレーションデータを導き出せる素反応式に関連付けられたパラメータの解を取得すると、当該解は、少なからず実験環境における不確定要因の影響を含むものとなる。よって、中間生成物の濃度変化や混合ガスの温度変化も実験環境における不確定要因の影響を含むものとなり、正確なフルケミストリ解析を行うことができない。したがって、例えば、得られた素反応式に関連付けられたパラメータの解を用いてＣＦＤ解析を行った場合には、正確なＣＦＤ解析結果が得られない虞がある。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、計算負荷が小さくかつ正確なフルケミストリ解析を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００９】
第１の発明は、複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応を解析する反応メカニズム解析装置であって、実験により得られた上記化学反応の際の空間一次元の温度分布を実験データとして記憶する実験データ記憶手段と、上記化学反応を記述する複数の素反応式及び該素反応式に関連付けられたパラメータを素反応データとして記憶する素反応データ記憶手段と、上記素反応データからシミュレーションデータを算出するための空間零次元で時間一次元化された方程式を演算データとして記憶する演算データ記憶手段と、上記素反応データ及び上記空間零次元で時間一次元化された方程式を用いて上記シミュレーションデータを算出する算出部と、上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であるかを判定する判定部と、上記素反応データに含まれる上記パラメータを調整可能なパラメータ調整手段と、上記判定部において上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であると判定されるまで、上記パラメータ調整手段による上記パラメータの調整及び調整後の上記パラメータを用いた上記算出部による上記シミュレーションデータの算出を繰り返し実行させる制御手段とを備えるという構成を採用する。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記空間零次元で時間一次元化された方程式が、中間生成物の濃度変化を示す項を含む質量保存の式と、素反応によって生成される中間生成物と上記初期物質との混合体の内部エネルギを示す項、上記素反応により移動するエネルギを示す項、及び上記混合体と外部との熱伝達により移動するエネルギを示す項を含むエネルギ保存の式とを有するという構成を採用する。
【００１１】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記算出部が、上記素反応によって生成される中間生成物の濃度変化及び上記初期物質と上記中間生成物との混合体の温度変化とを上記シミュレーションデータとして算出し、上記判定部が、上記混合体の温度変化を空間一次元化することによって空間一次元のシミュレーション温度分布を算出し、該シミュレーション温度分布と上記実験データとして記憶された上記温度分布とを比較し、上記シミュレーション温度分布が上記実験データとして記憶された温度分布との差が許容範囲内である場合に上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であると判定するという構成を採用する。
【００１２】
第４の発明は、上記第１〜第３の発明において、上記実験データとして記憶される空間一次元の温度分布が、複数の上記初期物質が混合された予混合ガスを、常温における消炎径よりも小さな直径に設定された内部流路を備えると共に流れ方向に上記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温するように加熱された管に、火炎形成位置が安定しかつ上記予混合ガスの流速に依存しなくなる流量で供給した際に得られる温度分布であるという構成を採用する。
【００１３】
第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、解析された素反応を基に解析を行う際の解析条件を記憶する解析条件記憶手段と、上記化学反応を記述する複数の素反応式を上記解析条件に基づいて選択する選択手段とを備え、上記制御手段が、上記判定部において上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であると判定された場合に上記選択手段による上記素反応式の選択を実行させるという構成を採用する。
【００１４】
第６の発明は、複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応を解析する反応メカニズム解析方法であって、上記化学反応を記述する複数の素反応式及び該素反応式に関連付けられたパラメータを有する素反応データ及び該素反応データからシミュレーションデータを算出するための空間零次元で時間一次元化された方程式を有する演算データを用いてシミュレーションデータを算出する算出工程と、上記シミュレーションデータが、実験により得られた上記化学反応の際の空間一次元の温度分布を有する実験データを導出可能であるかを判定する判定工程と、上記素反応データに含まれる上記パラメータを調整可能なパラメータ調整工程とを有し、上記判定工程において上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であると判定されるまで、上記パラメータ調整工程及び調整後の上記パラメータを用いた上記算出工程を繰り返し行うという構成を採用する。
【００１５】
第７の発明は、上記第６の発明において、上記空間零次元で時間一次元化された方程式が、中間生成物の濃度変化を示す項を含む質量保存の式と、素反応によって生成される中間生成物と上記初期物質との混合体の内部エネルギを示す項、上記素反応により移動するエネルギを示す項、及び上記混合体と外部との熱伝達により移動するエネルギを示す項を含むエネルギ保存の式とを有するという構成を採用する。
【００１６】
第８の発明は、上記第６または第７の発明において、上記算出工程にて、上記素反応によって生成される中間生成物の濃度変化及び上記初期物質と上記中間生成物との混合体の温度変化とを上記シミュレーションデータとして算出し、上記判定工程にて、上記混合体の温度変化を空間一次元化することによって空間一次元のシミュレーション温度分布を算出し、該シミュレーション温度分布と上記実験データとして記憶された上記温度分布とを比較し、上記シミュレーション温度分布が上記実験データとして記憶された温度分布との差が許容範囲内である場合に上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であると判定するという構成を採用する。
【００１７】
第９の発明は、上記第６〜第８いずれかの発明において、複数の上記初期物質が混合された予混合ガスを、常温における消炎径よりも小さな直径に設定された内部流路を備えると共に流れ方向に上記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温するように加熱された管に、火炎形成位置が安定しかつ上記予混合ガスの流速に依存しなくなる流量で供給した際に得られる温度分布を上記化学反応の際の空間一次元の温度分布として取得する実験工程を有するという構成を採用する。
【００１８】
第１０の発明は、上記第６〜第９いずれかの発明において、解析された素反応を基に解析を行う際の解析条件に基づいて上記化学反応を記述する複数の素反応式を選択する選択工程を有し、上記判定工程において上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であると判定された場合に上記選択工程を行うという構成を採用する。
【００１９】
第１１の発明は、反応メカニズム解析プログラムであって、コンピュータを、実験により得られた上記化学反応の際の空間一次元の温度分布を実験データとして記憶する実験データ記憶手段と、上記化学反応を記述する複数の素反応式及び該素反応式に関連付けられたパラメータを素反応データとして記憶する素反応データ記憶手段と、上記素反応データからシミュレーションデータを算出するための空間零次元で時間一次元化された方程式を演算データとして記憶する演算データ記憶手段と、上記素反応データ及び上記空間零次元で時間一次元化された方程式を用いて上記シミュレーションデータを算出する算出部と、上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であるかを判定する判定部と、上記素反応データに含まれる上記パラメータを調整可能なパラメータ調整手段と、上記判定部において上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であると判定されるまで、上記パラメータ調整手段による上記パラメータの調整及び調整後の上記パラメータを用いた上記算出部による上記シミュレーションデータの算出を繰り返し実行させる制御手段として機能させるという構成を採用する。
【００２０】
第１２の発明は、上記第１１の発明において、上記コンピュータを上記算出部として機能させる場合に、中間生成物の濃度変化を示す項を含む質量保存の式と、素反応によって生成される中間生成物と上記初期物質との混合体の内部エネルギを示す項、上記素反応により移動するエネルギを示す項、及び上記混合体と外部との熱伝達により移動するエネルギを示す項を含むエネルギ保存の式とを上記空間零次元で時間一次元化された方程式として用いて上記シミュレーションデータを算出させるという構成を採用する。
【００２１】
第１３の発明は、上記第１１または第１２の発明において、上記コンピュータを上記算出部として機能させる場合に、上記素反応によって生成される中間生成物の濃度変化及び上記初期物質と上記中間生成物との混合体の温度変化とを上記シミュレーションデータとして算出させ、上記コンピュータを上記判定部として機能させる場合に、上記混合体の温度変化を空間一次元化することによって空間一次元のシミュレーション温度分布を算出させ、該シミュレーション温度分布と上記実験データとして記憶された上記温度分布とを比較させ、上記シミュレーション温度分布が上記実験データとして記憶された温度分布との差が許容範囲内である場合に上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であると判定させるという構成を採用する。
【００２２】
第１４の発明は、上記第１１〜第１３いずれかの発明において、上記コンピュータを判定部として機能させる場合に、複数の上記初期物質が混合された予混合ガスを、常温における消炎径よりも小さな直径に設定された内部流路を備えると共に流れ方向に上記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温するように加熱された管に、火炎形成位置が安定しかつ上記予混合ガスの流速に依存しなくなる流量で供給した際に得られる温度分布を上記実験データとして記憶される上記空間一次元の温度分布として用いるという構成を採用する。
【００２３】
第１５の発明は、上記第１１〜第１４いずれかの発明において、上記コンピュータを、解析された素反応を基に解析を行う際の解析条件を記憶する解析条件記憶手段と、上記化学反応を記述する複数の素反応式を上記解析条件に基づいて選択する選択手段として機能させ、上記判定部において上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であると判定された場合に上記コンピュータを上記選択手段として機能させるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、シミュレーションデータが空間零次元で時間一次元化された方程式に基づいて算出されるため、シミュレーションデータを算出する計算を空間零次元で時間一次元化して計算量を減少させることが可能となる。
また、本発明によれば、空間一次元の温度分布に一致するように、素反応データに含まれるパラメータの調整が行われる。このため、実験環境における不確定要因に影響されずに、実現象である燃焼反応を的確に予測可能とするパラメータの解を得ることができ、正確なフルケミストリ解析を行うことが可能となる。
このように、本発明によれば、計算負荷が小さくかつ正確なフルケミストリ解析が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明に係る反応メカニズム解析装置、反応メカニズム解析方法及び反応メカニズム解析プログラムの一実施形態について説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
本実施形態の反応メカニズム解析装置及び反応メカニズム解析方法は、燃料と酸素との燃焼反応（化学反応）をフルケミストリ解析するためのものであり、後述するマイクロフローリアクタ（実験装置）を用いて得られた空間一次元の温度分布（実験データ）と、素反応式、該素反応式に関連付けられたパラメータ、及び空間零次元で時間一次元化された方程式を用いて得られたシミュレーションデータとを比較し、シミュレーションデータが実験データを導出可能となるまで上記パラメータを調整しながら収束計算を行うことによってパラメータの解を得るものである。
なお、ここで言う空間零次元で時間一次元化された方程式とは、位置情報がパラメータとして含まれておらず、空間の概念が除外された方程式を意味する。
【００２７】
まず最初に、本実施形態の反応メカニズム解析装置及び反応メカニズム解析方法において用いられる実験データを得るためのマイクロフローリアクタについて説明する。
図１は、マイクロフローリアクタ１００の概略構成を示す模式図である。この図に示すように、マイクロフローリアクタ１００は、管１１０と、供給装置１２０と、ヒータ１３０と、温度測定装置１４０と、測定処理部１５０とを備えている。
【００２８】
管１１０は円筒形状の直管である。そして、管１１０の内部流路１１１の直径は、常温において内部流路１１１に形成される火炎が伝播できずに消炎する限界値である消炎距離よりも小さく設定されている。つまり、管１１０の内部流路１１１は、常温における消炎径よりも小さな直径に設定されている。
【００２９】
供給装置１２０は、燃焼反応される初期物質である燃料と酸化剤（例えば、酸素や外気）とが混合された予混合ガスＧを管１１０に供給するものであり、管１１０の一端から管１１０の内部流路１１１に予混合ガスＧを流入させることによって管１１０に予混合ガスＧを供給する。
この供給装置１２０は、管１１０に供給する予混合ガスＧの流量を調節可能であり、管１１０に供給する予混合ガスＧの流量を連続的に減少させて、その流量が管１１０の内部流路１１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量となるように設定する。なお、管１１０の内部流路１１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量については、後に詳説する。
また、供給装置１２０は、測定処理部１５０と電気的に接続されており、測定処理部１５０からの指令に基づいて、予混合ガスＧの流量や温度、予混合ガスＧにおける燃料と酸化剤との割合（すなわち燃料と酸化剤との初期濃度）を調節可能とされている。
【００３０】
ヒータ１３０は、管１１０を加熱するものであり、内部流路１１１の温度が常温から予混合ガスＧの流れ方向に連続的に昇温して途中部位において予混合ガスＧの想定着火温度以上となるように管１１０を加熱する。
【００３１】
温度測定装置１４０は、管１１０の内部流路１１１におけるガス温度を計測するものである。この温度測定装置１４０は、測定処理部１５０と電気的に接続されており、測定結果を測定処理部１５０に入力する。
【００３２】
測定処理部１５０は、温度測定装置１４０から入力される測定結果を管１１０の位置に対応付けて記憶することによって温度分布を取得するものである。また、測定処理部１５０は、供給装置１２０から管１１０に供給される予混合ガスＧの流量や温度、予混合ガスＧに含まれる燃料や酸化剤の種類、及び燃料と酸化剤との初期濃度等の実験条件を記憶している。
【００３３】
次に、上述のように構成されたマイクロフローリアクタ１００を用いた実験方法（以下、本実験と称する）について説明する。
【００３４】
供給装置１２０から燃料と酸化剤とが所定の初期濃度で混合された予混合ガスＧが、管１１０の内部流路１１１に供給される。
管１１０は内部流路１１１が予混合ガスＧの着火温度以上に加熱されている。このためて、管１１０の内部流路１１１に供給された予混合ガスＧは、管１１０の内部流路１１１を一端部から他端部に向かうに連れて加熱され、着火温度以上に加熱された時点で着火する。
【００３５】
予混合ガスＧが着火されることによって形成された火炎は、管１１０の内部流路１１１における予混合ガスＧの流速が速い場合には振動する。これは、予混合ガスＧの着火と消火が短時間で繰り返されることに起因する。
一方、管１１０の内部流路１１１における予混合ガスＧの流速が遅い場合には、連続的に燃焼状態が維持され、火炎が安定する。
そこで、本実験では、まず先に管１１０の内部流路１１１における流速が十分に速くなるような流量の予混合ガスＧを管１１０に供給し、その後予混合ガスＧの流量を徐々に減少させ、火炎が安定されるまで予混合ガスＧの流量を減少させる。
【００３６】
なお、内部流路１１１における混合ガス（予混合ガスのみからなるガス、あるいは当該予混合ガスと中間生成物とが混合したガスの両方の意味を含み本発明の混合体に相当）の温度は、火炎が形成される位置において急激に上昇する。このため、内部流路１１１における混合ガス温度が急上昇する位置を温度測定装置１４０から入力される測定結果に基づいて解析し、当該位置が変動しなくなるまで予混合ガスＧの流量を減少させることによって火炎を安定化させる。
また、管１１０を内部が目視可能な材料によって形成し、撮像装置等によって火炎の形成位置を確認しながら、火炎の形成位置が安定するまで予混合ガスＧの流量を減少させるようにしても良い。
【００３７】
なお、予混合ガスＧの流量が、火炎が安定されるまで減少されると、火炎の形成位置は予混合ガスＧの流速に影響されなくなる。
図２は、管１１０の内部流路１１１における予混合ガスＧの流速と、安定火炎位置、着火位置及び消火位置との関係を示したグラフである。なお、図２に示すグラフは、直径が２ｍｍの管１１０に対して、メタンと空気の量論比の予混合ガスＧを供給することによって得られたデータに基づくものである。
この図に示すように、予混合ガスＧの流速が速い場合（４０〜１００ｃｍ／ｓ）には、火炎は安定するが、火炎の形成位置が流速に影響されることが分かる。また、これよりも予混合ガスＧの流速が遅い場合（５〜４０ｃｍ／ｓ）には、火炎が振動することが分かる。そして、さらに予混合ガスＧの流速が遅い場合（０．２〜５ｃｍ／ｓ）には、火炎が安定すると共に火炎の形成位置が流速に影響されないことが分かる。このように、管１１０の内部流路１１１における予混合ガスＧの流速に応じて、火炎の状態が変化する。
そして、本実験では、予混合ガスＧの流速が、火炎が安定すると共に火炎の形成位置が流速に影響されない流速となるように、予混合ガスＧの流量が設定される。
【００３８】
このようにして火炎を形成位置が予混合ガスＧの流速に依存しないように安定させた後に、測定処理部１５０は、温度分布を取得して出力する。
【００３９】
そして、本実験においては、内部流路１１１が常温における消炎径よりも小さな直径に設定された非常に細長い直管である管１１０の内部流路１１１において燃焼反応が起こっている。このため、本実験における実験空間は、ＡＳＴＭ法による三次元に広がりを有する実験空間と異なり、流れ方向のみに広がりを有するものである。したがって、本実験の実験結果として取得された温度分布は、空間一次元における温度変化であると考えることができる。
また、本実験においては、火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に依存せず、さらにヒータ１３０による管１１０の加熱を行うことによって内部流路１１１が外部から熱管理されるため内部流路１１１における熱授受の影響は明確になっている。このため、実験環境における不確定要因の影響を排除して温度分布を取得することができる。
このように、本実験においては、実験環境における不確定要因の影響が排除された空間一次元の温度分布を取得することができる。
【００４０】
続いて、本実施形態の反応メカニズム解析装置及び反応メカニズム解析方法について説明する。
図３は、本実施形態の反応メカニズム解析装置のハードウェア構成を示すブロック図である。本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１は、例えばワークステーションやスーパーコンピュータ等のコンピュータによって具現化されるものであり、図３に示すように、外部記憶装置１０と、内部記憶装置２０と、入力装置３０と、出力装置４０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０とを備えている。
なお、外部記憶装置１０と、内部記憶装置２０と、入力装置３０と、出力装置４０と、ＣＰＵ５０とは、システムバス６０によって互いに接続されている。
【００４１】
外部記憶装置１０は、ＣＰＵ５０の演算処理に用いられる各種データ及びプログラム等を記憶するものであり、本実施形態においては、実験データ１１、素反応データ１２、演算データ１３及び反応メカニズム解析プログラム１４を格納している。
そして、このような外部記憶装置１０としては、例えばハードディスク装置やリムーバブルメディア装置を用いることができる。なお、実験データ１１、素反応データ１２、演算データ１３及び反応メカニズム解析プログラム１４は、予め光ディスクやメモリ等のリムーバブルメディアに記憶され、当該リムーバブルディスクが外部記憶装置１０の一構成要件として反応メカニズム解析装置に接続されることによって外部記憶装置１０に記憶されても良いし、またネットワークを介してダウンロードされるあるいは入力装置３０を介して入力されることによって外部記憶装置１０の一構成要件であるハードディスクに記憶されても良い。
【００４２】
実験データ１１は、上述したマイクロフローリアクタ１００によって得られた実験データ及び実験条件を有している。より詳細には、実験データ１１は、実験環境における不確定要因の影響が排除された空間一次元の温度分布、供給装置１２０から管１１０に供給される予混合ガスＧの流量や温度、予混合ガスＧに含まれる燃料や酸化剤の種類、及び燃料と酸化剤との初期濃度等を有している。
【００４３】
素反応データ１２は、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１にて反応メカニズムを解析する（すなわちフルケミストリ解析を行う）対象である燃料と酸化剤との燃焼反応を記述する複数の素反応式と、これらの素反応式に関連するパラメータ（例えば頻度係数や活性化エネルギ）とが集められたデータベースである。なお、以下の説明において、当該データベースを素反応機構と称する。
この素反応機構としては、例えば「ＧＲＩ−ｍｅｃｈ  ３．０」や「Ｃ１−Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」等を用いることができる。
また、上述のような予め得られた素反応機構が存在しない場合には、素反応機構は、分子動力学法等によって得ることができる。
【００４４】
演算データ１３は、ＣＰＵ５０が素反応データ１２及び入力装置３０から入力されるパラメータに基づいて中間生成物の濃度変化や混合ガスの温度変化を算出するための計算式である下式（１），（２）を有している。
なお、ここで言う混合ガスとは、未反応の予混合ガスや燃焼反応の過程で生成される中間生成物が混合されたガスである。
【００４５】
【数１】
2010110724.tif 000003
【００４６】
【数２】
2010110724.tif 000004
【００４７】
そして、式（１）は、通常の空間零次元で時間一次元定圧燃焼における質量保存の式である。また、式（２）は、エネルギ保存の式であり、左辺第一項が混合ガスの内部エネルギを示す項であり、左辺第二項が素反応により移動するエネルギを示す項であり、左辺第三項が混合ガスと外部との熱伝達により移動するエネルギ（すなわち混合ガスとマイクロフローリアクタ１００の壁面（管１１０の内面）との間の熱伝達によって移動するエネルギ）を示す項である。
これらの式（１）と式（２）との連立方程式によって、中間生成物の濃度変化や混合ガスの温度変化が算出される。ここで、式（１）と式（２）とは、独立変数が時間であり、従属変数が濃度と温度であり、さらに位置をパラメータとして含んでいないものであり、空間零次元で時間一次元の方程式である。そして、中間生成物の濃度変化や混合ガスの温度変化は、上述のように空間の概念が除外されて空間零次元で時間一次元化された方程式によって算出される。
【００４８】
また、演算データ１３は、上述の式（１），（２）を用いて算出された混合ガスの温度変化を空間一次元化するための下式（３），（４）を有している。
なお、マイクロフローリアクタ１００における管１１０の熱容量は小流量の予混合ガスによる発熱量より十分に大きい。このため、火炎による管壁温度分布の変化は無視することができる。したがって、管壁温度分布は管１１０の位置に対する関数として与えられる。よって、下式（３），（４）によって上述の式（１），（２）を用いて算出された混合ガスの温度変化を空間一次元化することが可能となる。
【００４９】
【数３】
2010110724.tif 000005
【００５０】
【数４】
2010110724.tif 000006
【００５１】
反応メカニズム解析プログラム１４は、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１を、後に説明する図３に示す各機能構成として機能させるためのプログラムである。
なお、反応メカニズム解析プログラム１４については、後の図４を参照する反応メカニズム解析装置Ａ１の機能構成の説明において合わせて詳説する。
【００５２】
内部記憶装置２０は、ＣＰＵ５０の動作プログラムを記憶すると共に、ＣＰＵ５０の制御の下、外部記憶装置２０に記憶された各種データ及びプログラムを一時的に記憶し、さらにＣＰＵ５０の演算結果を一時的に記憶するものである。そして、この内部記憶装置２０としては、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等が用いられる。
【００５３】
入力装置３０は、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１に対して外部からデータを入力するためのものであり、例えばキーボードやマウスが用いられる。ただし、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１に対して通信路を介してデータの入力が行われる場合には、通信路とのインターフェイスとなる通信装置を入力装置３０として用いる場合もある。
【００５４】
出力装置４０は、ＣＰＵ５０の制御の下、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶されたデータを出力するものであり、例えばデータを可視化するためのディスプレイやプリンタが用いられる。ただし、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１から通信路を介してデータの出力が行われる場合には、通信路とのインターフェイスとなる通信装置を出力装置４０として用いる場合もある。
【００５５】
ＣＰＵ５０は、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１の動作全体を制御するものである。そして、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１においてＣＰＵ５０は、反応メカニズム解析プログラム１４に基づいて、中間生成物の濃度変化や混合ガスの温度変化の算出、シミュレーションデータと実験データとの比較及び判定、素反応機構が含むパラメータの調整等を行う。
【００５６】
図４は、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１の機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１は、上述の反応メカニズム解析プログラム１４によって、実験データ記憶部１（実験データ記憶手段）と、素反応データ記憶部２（素反応データ記憶手段）と、演算データ記憶部３（演算データ記憶手段）と、算出部４（算出手段）と、判定部５（判定手段）と、パラメータ調整部６（パラメータ調整手段）と、制御部７（制御手段）として機能する。
【００５７】
実験データ記憶部１は上記実験データ１１を記憶する。また、素反応データ記憶部２は上記素反応データ１２を記憶する。また、演算データ記憶部３は上記演算データ１３を記憶する。
そして、反応メカニズム解析プログラム１４は、実験データ１１、素反応データ１２及び演算データ１３を記憶する外部記憶装置１０、あるいは、実験データ１１、素反応データ１２及び演算データ１３を移した内部記憶装置２０を実験データ記憶部１、素反応データ記憶部２及び演算データ記憶部３として機能させる。
【００５８】
算出部４は、演算データ記憶部３に演算データ１３として記憶された空間零次元で時間一次元化された方程式である上式（１），（２）、実験データ記憶部１に記憶された実験データ１１に含まれる実験条件、及び素反応データ記憶部２に記憶された素反応データ１２を用いて中間生成物の濃度変化及び混合ガスの温度変化を算出する。
そして、反応メカニズム解析プログラム１４は、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された実験データ１１、素反応データ１２及び演算データ１３に基づいてＣＰＵ５０に中間生成物の濃度変化及び混合ガスの温度変化を算出させることによって、反応メカニズム解析装置Ａ１を算出部４として機能させる。
【００５９】
判定部５は、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化（シミュレーションデータ）と実験データ１１とを比較し、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布（内部流路１１１におけるガス温度分布）を導出可能なものであるかの判定を行う。
具体的には、判定部５は、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化を演算データ記憶部３に演算データ１３として記憶された上式（３），（４）を用いて空間一次元化して、シミュレーション温度分布を算出する。そして、判定部５は、シミュレーション温度分布と、実験データ記憶部１に実験データ１１に含まれる温度分布とを比較する。判定部５は、比較の結果、シミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布と一致若しくは許容される変動範囲に収まっている場合には、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能なものであると判定し、シミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布から許容される変動範囲に収まっていない場合には、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化（すなわちシミュレーションデータ）が実験データに含まれる温度分布を導出不能なものであると判定する。
そして、反応メカニズム解析プログラム１４は、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された演算データ１３及び算出された混合ガスの温度変化に基づいてＣＰＵ５０にシミュレーション温度分布を算出させ、さらにＣＰＵ５０に外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された実験データ１１に含まれる温度分布とシミュレーション温度分布とを比較させ、算出された混合ガスの温度変化が実験データに含まれる温度分布を導出可能なものであるかを判定させることによって、反応メカニズム解析装置Ａ１を判定部５として機能させる。
【００６０】
パラメータ調整部６は、素反応データ記憶部２に記憶された素反応データ１２に含まれるパラメータ（頻度係数や活性化エネルギ）を調整する。
具体的には、パラメータ調整部６は、予め定められた順序にて素反応データに含まれる素反応式に関連付けられたパラメータを所定の値分だけ増加あるいは減少させることによって、素反応データ１２に含まれるパラメータを調整する。
そして、反応メカニズム解析プログラム１４は、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された素反応データ１２に含まれるパラメータをＣＰＵ５０に調整させることによって、反応メカニズム解析装置Ａ１をパラメータ調整部６として機能させる。
【００６１】
制御部７は、実験データ記憶部１、素反応データ記憶部２、演算データ記憶部３、算出部４、判定部５及びパラメータ調整部６の動作手順等の制御を行う。
そして、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１において制御部７は、判定部５が算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能であると判定した場合には、フルケミストリ解析が完了したと判断し、その時点で外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された最新の中間生成物の濃度変化、混合ガスの温度変化及び素反応データ１２に含まれるパラメータを解析結果として出力装置４０に入力する。
一方、制御部７は、判定部５において算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データに含まれる温度分布を導出不能であると判定した場合には、パラメータ調整部６に素反応データ１２に含まれるパラメータを調整させ、再度算出部４に中間生成物の濃度変化及び混合ガスの温度変化を算出させ、さらに判定部５に算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる管壁分布温度を導出可能なものであるかの判定をさせる。
そして、反応メカニズム解析プログラム１４は、ＣＰＵ５０を制御部７として機能させる。
【００６２】
続いて、上述した反応メカニズム解析装置Ａ１を用いた反応メカニズム解析方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。
なお、本実施形態における反応メカニズム解析方法においては、実験データ１１、素反応データ１２及び演算データ１３が既に実験データ記憶部１、素反応データ記憶部２、演算データ記憶部３（外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０）に記憶されているものとする。
【００６３】
まず最初に制御部７の制御の下、算出部４によって中間生成物の濃度変化及び混合ガスの温度変化が算出される（算出工程Ｓ１）。
この際、算出部４は、演算データ記憶部３に演算データ１３として記憶された空間零次元で時間一次元化された方程式である上式（１），（２）、実験データ記憶部１に記憶された実験データ１１に含まれる実験条件、素反応データ記憶部２に記憶された素反応データ１２を用いて中間生成物の濃度変化及び混合ガスの温度変化を算出する。
なお、具体的には、ＣＰＵ５０が、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された実験データ１１に含まれる実験条件と、素反応データ１２に含まれるパラメータと、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された演算データ１３に含まれる式（１），（２）とを用い、さらに式（１）と式（２）とを連立させて濃度変化と温度変化について解くことによって中間生成物の濃度変化及び混合ガスの温度変化が算出される。
【００６４】
続いて、制御部７の制御の下、判定部５によって、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能なものであるかの判定を行う（判定工程Ｓ２）。
この際、判定部５は、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化を演算データ記憶部３に演算データ１３として記憶された上式（３），（４）を用いて空間一次元化して、シミュレーション温度分布を算出する。そして、判定部５は、シミュレーション温度分布と、実験データ記憶部１に記憶された実験データ１１に含まれる温度分布とを比較する。判定部５は、比較の結果、シミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布と一致若しくは許容される変動範囲に収まっている場合には、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能なものであると判定し、シミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布から許容される変動範囲に収まっていない場合には、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出不能であると判定する。
具体的には、ＣＰＵ５０が、算出された混合ガスの温度変化を外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された演算データ１３に含まれる式（３），（４）を用いて空間一次元化することでシミュレーション温度分布を算出する。そして、ＣＰＵ５０が、シミュレーション温度分布と外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された実験データ１１に含まれる温度分布とを比較する。続いてＣＰＵ５０が、算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能なものであるかを判定する。
【００６５】
そして、判定工程Ｓ２において、算出工程Ｓ１にて算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能であると判定された場合には、制御部７（ＣＰＵ５０）は、フルケミストリ解析が完了したと判断し、その時点で外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された最新の中間生成物の濃度変化、混合ガスの温度変化及び素反応データ１２に含まれるパラメータを解析結果として出力装置４０に入力する（出力工程Ｓ３）。
【００６６】
一方、判定工程Ｓ２において、算出工程Ｓ１にて算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出不能であると判定された場合には、制御部７の制御の下、パラメータ調整部６によって、素反応データ記憶部２に記憶された素反応データ１２に含まれるパラメータを調整する（パラメータ調整工程Ｓ４）。
具体的には、ＣＰＵ５０が外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された素反応データ１２に含まれるパラメータを調整する。
そして、パラメータ調整工程Ｓ４が完了すると、再度算出工程Ｓ１に移行する。
【００６７】
このような本実施形態の反応メカニズム解析方法によれば、判定工程Ｓ２において、算出工程Ｓ１にて算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能となるまで繰り返し素反応データ１２に含まれるパラメータの調整が行われる。そして、算出工程Ｓ１にて算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能となった場合、すなわちシミュレーション温度分布が実験データ１１が含む温度分布に対して一致する若しくは許容範囲内となる上記パラメータが収束計算にて算出された場合には、当該パラメータ及び該パラメータに基づいた中間生成物の濃度変化及び混合ガスの温度変化が出力され、フルケミストリ解析が終了する。
【００６８】
以上のような本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１、反応メカニズム解析方法及び反応メカニズム解析プログラムによれば、シミュレーションデータが空間零次元で時間一次元化された方程式に基づいて算出されるため、計算量を減少させることが可能となる。
また、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１、反応メカニズム解析方法及び反応メカニズム解析プログラムによれば、マイクロフローリアクタによって得られた実験環境における不確定要因に影響されない空間一次元の温度分布に合うように、素反応データ１２に含まれるパラメータの調整が行われる。このため、実験環境における不確定要因に影響されずに、実現象である燃焼反応を的確に予測可能とするパラメータの解を得ることができ、正確なフルケミストリ解析を行うことが可能となる。
このように、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１、反応メカニズム解析方法及び反応メカニズム解析プログラムによれば、計算負荷が小さくかつ正確なフルケミストリ解析が可能となる。
【００６９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００７０】
本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ２は、図６に示すように、外部記憶装置１０に、解析された素反応を基に行われる解析（例えばＣＦＤ解析）の解析条件１５が格納されている。なお、ここで言う解析条件とは、ＣＦＤ解析等において許容される計算量や、ＣＦＤ解析等によって解析したい中間生成物の種類等の情報を含むものである。
【００７１】
そして、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ２は、図７に示すように、反応メカニズム解析プログラム１４によって、解析条件記憶部８（解析条件記憶手段）と、選択部９（選択手段）として機能される。
【００７２】
解析条件記憶部８は上記解析条件１５を記憶する。
そして、反応メカニズム解析プログラム１４は、解析条件１５を記憶する外部記憶装置１０、あるいは、解析条件１５を移した内部記憶装置２０を解析条件記憶部８として機能させる。
【００７３】
選択部９は、化学反応を記述する複数の素反応式を解析条件１５に基づいて選択すると共に選択された素反応式に関連付けられたパラメータを調整するものである。
具体的には、選択部９は、解析条件記憶部８に記憶された解析条件１５に基づいて選択すべき素反応式（ＣＦＤ解析等により解析したい中間生成物を含む素反応式）を優先して選択し、さらにＣＦＤ解析等を行う場合に許容される計算負荷を満足するように選択する素反応式の数を決定し、これらに基づいて素反応式の選択を行う。
また、選択部９は、選択した素反応式のみを用いて再度シミュレーション温度分布を算出し、実験データ１１が含む温度分布と比較し、シミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布に対して許容範囲に収まらない場合には、シミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布に対して一致若しくは許容範囲に収まるまで繰り返し選択した素反応式に関連するパラメータを調整して上記計算を繰り返す。
そして、反応メカニズム解析プログラム１４は、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０及びＣＰＵ５０を用いて本実施形態のメカニズム解析装置Ａ１を選択部９として機能させる。
【００７４】
そして、本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ１において制御部７は、判定部５においてシミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能であると判定された場合に制御部９による素反応式の選択及びパラメータの調整を実行させる。
つまり、本実施形態の反応メカニズム解析方法においては、図８に示すように、判定工程Ｓ２と出力工程Ｓ３との間に、素反応式の選択及び選択された素反応式に関連付けられたパラメータの調整を行う選択工程Ｓ５が実行される。
【００７５】
このような本実施形態の反応メカニズム解析装置Ａ２、反応メカニズム解析方法及び反応メカニズム解析プログラムによれば、正確なフルケミストリ解析によって得られた素反応式を、解析された素反応を基に行われる解析の解析条件に最適化することが可能となる。
【００７６】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る反応メカニズム解析装置、反応メカニズム解析方法及び反応メカニズム解析プログラムの好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００７７】
例えば、上記実施形態においては、燃料と酸化剤との燃焼反応を構成する素反応の解析を行う場合について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他の物質同士の化学反応を構成する素反応の解析に用いることもできる。
【００７８】
また、上記実施形態においては、実験データ１１として含まれる温度分布を、マイクロフローリアクタ１００によって取得する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、燃焼反応の際の正確な空間一次元の温度分布を取得可能な装置であれば、空間一次元の温度分布を他の実験装置によって取得しても良い。
【００７９】
また、上記実施形態においては、内部流路１１１を流れるガスの温度分布を空間一次元の温度分布として用いる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす場合には、内部流路１１１を流れるガスと管１１０の管壁温度とがほぼ等しくなるため、管１１０の壁面温度分布（管壁温度分布）を空間一次元の温度分布として用いることも可能である。
また、予混合ガスＧの流速が速い場合には火炎の形成位置が振動するが、この場合の実験結果を実験データ１１に含め、当該実験結果を素反応データ１２に含まれるパラメータの調整に用いることもできる。
【００８０】
また、上記実施形態においては、空間零次元で時間一次元化された方程式を用いて算出された混合ガスの温度変化を一次元化することによってシミュレーション温度分布を算出し、シミュレーション温度分布と実験により得られた温度分布とを比較して判定する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば実験により得られた温度分布を空間零次元で時間一次元化して、空間零次元で時間一次元化された方程式を用いて算出された混合ガスの温度変化と比較して判定を行う構成を採用することもできる。
【００８１】
また、上記実施形態においては、最終的に解析が完了した後に、中間生成物の濃度変化、混合ガスの温度変化及び素反応データに含まれるパラメータを解析結果として出力する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、最終的に解析が完了する前の各種データ（例えば、判定工程においてＮＧとされたパラメータ及び該パラメータに基づく中間生成物の濃度変化、混合ガスの温度変化等）を出力するようにしても良い。
【００８２】
また、上記実施形態においては、管１１０の内部流路１１１における混合ガスの温度変化から混合ガスのシミュレーション温度分布を算出し、実験データとして管１１０の内部流路１１１における混合ガスの温度分布を取得し、上記シミュレーション温度分布と実験データとされる温度分布とを比較し、これによってシミュレーションデータが実験データを導出可能であるかを判定する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、管１１０の内部流路１１１における中間生成物の濃度変化から濃度分布をシミュレーションデータとして算出し、実験データとして管１１０の内部流路１１１における中間生成物の濃度分布を取得し、シミュレーションデータとして算出された濃度分布と実験データとされる濃度分布を比較し、これによってシミュレーションデータが実験データを導出可能であるかを判定しても良い。
なお、中間生成物の濃度は、管１１０の内部流路１１１における混合ガスをサンプリングする、あるいはレーザ計測による測定を行うことによって実験データとして取得することが可能である。また、これらの濃度計測は管１１０のいずれの位置で実施しても良い。このため、例えば、冷炎と熱炎が発生するような場合、冷炎と熱炎との中間位置で濃度計測を行うことで冷炎からの中間生成物濃度のみを計測することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態における反応メカニズム解析装置、反応メカニズム解析方法及び反応メカニズム解析プログラムに用いられる実験データを得るためのマイクロフローリアクタ１００の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すマイクロフローリアクタにおいて火炎が安定されかつ供給される予混合ガスの流速に依存されない流量が存在することを説明するためのグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態における反応メカニズム解析装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態における反応メカニズム解析装置の機能構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態における反応メカニズム解析方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態における反応メカニズム解析装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態における反応メカニズム解析装置の機能構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２実施形態における反応メカニズム解析方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
Ａ１，Ａ１……反応メカニズム解析装置、１……実験データ記憶部（実験データ記憶手段）、２……素反応データ記憶部（素反応データ記憶手段）、３……演算データ記憶部（演算データ記憶手段）、４……算出部（算出手段）、５……判定部（判定手段）、６……パラメータ調整部（パラメータ調整手段）、７……制御部（制御手段）、８……解析条件記憶部（解析条件記憶手段）、９……選択部（選択手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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