今後30年、世界の全エネルギー供給量に対する燃焼によるエネルギー量の割合は80％を超え続けると予測されています^*1。燃焼工学機器は、1700年代後半から200年以上にわたり使用及び改良され続けていますが、近年の環境規制や化石燃料の将来的な枯渇リスクに伴って、これらの設計には更なる技術革新が求められています。CO2排出の無い水素クリーン燃焼や、より小さな燃焼器で大きなエネルギーを生み出すためには、燃焼機器設計においては乱流を上手く制御し、燃料、空気及び高温既燃ガスの混合を促進させることを念頭に置く必要があります。このような要求は自動車エンジンや航空機用ガスタービンエンジンで特に顕著です。しかし、うまく制御された乱流は混合を促進し低環境負荷燃焼を実現する一方で、燃焼に伴うガス膨張・性質の変化により乱流場そのものも影響を受けます。この乱流と化学反応の相互作用（干渉機構）の理解は、次世代低環境負荷燃焼器の開発はもとより、その為に用いられる燃焼モデル開発においても避けては通れない課題です。
^*1US Energy Information Administration, Annual Energy Review, 2010

上述したDNSとは異なり、実用燃焼機器設計の為のシミュレーションでは、単純化した支配方程式を用い、時間平均場または大きなスケールの非定常流体運動のみを対象とします。これらのシミュレーション手法をそれぞれRANS (Reynolds Averaged NAvier-Stokes)シミュレーション及びLES (Large Eddy Simulation)と呼びます。この単純化作業に必要不可欠なのが乱流燃焼モデルであり、これがRANSまたはLESのシミュレーション精度に大きな影響を与えます。一般的に乱流燃焼モデルは燃焼と乱流運動の相互干渉を再現するためのモデルですが、この物理現象は強い非線形性があり、高精度のモデル開発は困難です。本研究室では多くのDNS結果を活用し、経験則ではなく、実際の乱流燃焼物理に基づいた乱流燃焼モデルの開発を行っています。

本研究室で実施された様々な乱流及び乱流燃焼の直接数値計算結果と理論を用いた以下のようなLES (上述)とRANSシミュレーション用いる乱流燃焼モデルが開発されています。

フラクタル・ダイナミックSGS燃焼モデル

上式（上）で表されるフラクタル・ダイナミックSGS燃焼モデルは、LESにおいてエネルギーの輸送方程式の代わりによく用いられるG方程式（上式（下））を閉じるのに必要なSGS燃焼モデルです。

本モデルは、内閣府・科学技術政策のプログラムである戦略的イノベーション創造プログラム（SIP：エスアイピー）：革新的燃焼技術において開発される"日の丸"熱流体解析ソフトウェア火神 (HINOCA)を始めとする汎用シミュレーションソフトに組み込まれることが決まっています。