`io` モジュール

TOML 設定ファイルの読み込みと CSV 出力を担当する。

モジュール構成

io/
├── mod.rs     — サブモジュールの公開宣言
├── input.rs   — TOML 設定ファイルのデシリアライズ・検証
└── output.rs  — CSV 出力・サマリー表示

`input.rs` — 設定ファイル

`FlameConfig::from_file(path)`

TOML ファイルを読み込み、値の検証を行って FlameConfig を返す。検証エラーは anyhow::Error として返る。

設定構造体

`[mechanism]`

フィールド	型	デフォルト	説明
`file`	`String`	—	機構ファイルのパス
`format`	`String`	`"cantera_yaml"`	ファイル形式（現在 `cantera_yaml` のみ有効）

`[flame]`

未燃組成は 当量比モード と 直接指定モード のいずれか一方を使用する。両方同時に指定するとバリデーションエラーになる。

フィールド	型	デフォルト	説明
`pressure`	`f64`	`101325.0`	圧力 [Pa]
`t_unburned`	`f64`	—	未燃混合気温度 [K]（必須）
`domain_length`	`f64`	`0.02`	計算領域長さ [m]
`fuel`	`{String → f64}`	—	燃料モル分率マップ（当量比モード）
`oxidizer`	`{String → f64}`	—	酸化剤モル分率マップ（当量比モード）
`equivalence_ratio`	`f64`	—	当量比 φ（当量比モード）
`composition`	`{String → f64}`	—	未燃混合気モル分率（直接指定モード）

`[grid]`

フィールド	型	デフォルト	説明
`initial_points`	`usize`	`20`	初期格子点数（≥ 2）
`max_points`	`usize`	`500`	最大格子点数（≥ initial_points）
`grad`	`f64`	`0.05`	GRAD 精細化基準（0 < grad ≤ 1）
`curv`	`f64`	`0.10`	CURV 精細化基準（0 < curv ≤ 1）
`ratio`	`f64`	`2.0`	隣接セル幅の最大比

`[solver]`

フィールド	型	デフォルト	説明
`atol`	`f64`	`1e-9`	Newton 絶対収束許容値
`rtol`	`f64`	`1e-6`	Newton 相対収束許容値
`max_newton_iter`	`usize`	`50`	Newton 最大反復回数
`time_steps`	`usize`	`100`	疑似過渡継続のステップ数
`dt_initial`	`f64`	`1e-7`	疑似過渡継続の初期タイムステップ [s]
`su_initial_guess`	`f64?`	—	火炎速度初期推定 [m/s]（省略時 0.4 m/s）
`initial_profile`	`String?`	—	CSV 初期プロファイルのパス（省略時はシグモイド初期推定）

`[output]`

フィールド	型	デフォルト	説明
`file`	`String`	`"flame_solution.csv"`	出力 CSV ファイルのパス

バリデーション規則

条件	エラーメッセージに含む語
`pressure > 0`	`pressure`
`t_unburned > 0`	`t_unburned`
`domain_length > 0`	`domain_length`
`composition` と `fuel/oxidizer/equivalence_ratio` の同時指定は不可	—
当量比モード選択時は `fuel`, `oxidizer`, `equivalence_ratio` 全て必須	—
`equivalence_ratio > 0`	`equivalence_ratio`
`initial_points >= 2`	`initial_points`
`max_points >= initial_points`	`max_points`
`0 < grad ≤ 1`	`grad`
`0 < curv ≤ 1`	`curv`
`atol > 0`	`atol`
`rtol > 0`	`rtol`

TOML 例 — 当量比モード

[mechanism]
file = "data/h2o2.yaml"

[flame]
pressure = 101325.0
t_unburned = 300.0
domain_length = 0.02
equivalence_ratio = 1.0

[flame.fuel]
H2 = 1.0

[flame.oxidizer]
O2 = 0.21
N2 = 0.79

[grid]
initial_points = 20
max_points = 500
grad = 0.05
curv = 0.10
ratio = 2.0

[solver]
atol = 1.0e-9
rtol = 1.0e-6
max_newton_iter = 50
time_steps = 100
dt_initial = 1.0e-7
su_initial_guess = 2.0        # 省略可: デフォルト 0.4 m/s
# initial_profile = "data/cantera_h2air_initial.csv"  # 省略時はシグモイド初期推定

[output]
file = "flame_solution.csv"

TOML 例 — 直接組成指定モード

[flame]
t_unburned = 300.0
composition = { H2 = 0.3, O2 = 0.15, N2 = 0.55 }

テスト (5 テスト、全 PASS)

テスト名	検証内容
`test_valid_composition_mode`	直接指定モードが正常にパースされること
`test_valid_equivalence_ratio_mode`	当量比モードが正常にパースされること
`test_negative_pressure_rejected`	`pressure < 0` でエラーになること
`test_zero_equivalence_ratio_rejected`	`equivalence_ratio = 0` でエラーになること
`test_composition_and_phi_together_rejected`	両モード同時指定でエラーになること
`test_negative_domain_length_rejected`	`domain_length < 0` でエラーになること

`output.rs` — CSV 出力

`write_csv(path, x, mech, grid, pressure)`

収束解ベクトル x を CSV ファイルに書き出す。

列構成 (計 6 + 2K 列、K = 化学種数):

列名	単位	内容
`z [m]`	m	格子点座標
`T [K]`	K	温度
`M [kg/m2/s]`	kg/(m²·s)	質量流束（全行同一値）
`u [m/s]`	m/s	流速 u = M / ρ
`rho [kg/m3]`	kg/m³	密度（理想気体則）
`hrr [W/m3]`	W/m³	熱発生率 HRR = −Σk ωk·hk
`X_<name>` × K	—	モル分率 Xk = (Yk/Wk) / Σ(Yj/Wj)
`Y_<name>` × K	—	質量分率 Yk

M [kg/m2/s] 列は initial_guess_from_csv が読み込む列と同一のフォーマットであるため、本ソルバーの出力 CSV をそのまま次の計算（当量比スイープ等）の initial_profile として使用できる。

数値フォーマット: z, M, u, rho, hrr, Xk, Yk は {:.6e}、T は {:.4}。

`print_summary(x, mech, grid, pressure)`

標準出力にサマリーを表示する。

---------------------------------------------------
  Laminar flame speed Su = X.XXXX m/s
  Max temperature       = XXXX.X K
  Grid points           = XXX
  Mass flux M           = X.XXXXe-X kg/(m²·s)
---------------------------------------------------

Su = M / ρ(j=0) — 左境界の密度を使って質量流束から火炎速度に換算

テスト (2 テスト、全 PASS)

テスト名	検証内容
`test_mole_fractions_pure_n2`	純 N2 プロファイルで X_N2 = 1.0、ΣXk = 1.0、HRR ≈ 0
`test_write_csv_column_count`	write_csv が 6 + 2K 列の CSV を生成すること

rust-1d-premix-laminar-flame