燃焼室の中の流れをシミュレーションしました。
パルス燃焼は,燃焼室とパイプという長い排気管テールを
備えたパルス燃焼器で起こる燃焼現象の一つである。
パルス燃焼器にはさまざまな形状のものがあるが,
ここでは,旋回流方式のバルブレスパルスバーナを説明図にする。
このパルス燃焼器の動作を,右の図で説明する。
- 図1のように,燃料と空気が燃焼室に流入する。
この時,燃焼室に残っていた高温の燃焼ガスと混合して
燃焼を開始するのであるが,
- 図2のように,流入速度がある程度早いと混合ガスは燃焼せずに,
どんどん燃焼室に流れ込む。
そして,十分に燃焼ガスと混合すると一気に着火して爆発を起こして,
- 図3となる。
この爆発によって,燃焼室の圧力は非常に高くなり,燃焼ガスを
テールパイプに押しだし,入口から逆流させる。
テールパイプに押し出された燃焼ガスは加速し,外に高速で噴出する。
一方,入口に逆流したガスは,空気と燃料の流入をストップさせる。
そのため,流入した燃料が燃焼し尽くすと,燃焼室の中での燃焼は完了する。
- 図4のように
燃焼の完了した燃焼室内部は高温のガスで充満しているが,
テールパイプを流れる燃焼ガスは急に停止することなく,
さらに流出を継続する。
これによって,燃焼室の内部の圧力は低下し続け,
ついに外部の圧力よりわずかに低くなる。
この圧力の低下は,今度はテールパイプの中のガスにブレーキをかけ,
(1)図のように,入口では,新しい空気と燃料を高速で流入させることになる。
そして,テールパイプの中のガスが逆流し,
流入が続くと(2)図のように燃焼室の圧力は外と同じ圧力まで回復するが,
燃焼室に残った高温のガスと,新しく流入した空気と燃料が混合して,
再び,爆発を起こすのである。
このようにパルス燃焼は,消えたり燃えたりする間欠燃焼であり,
内燃機関のサイクルに似ている。