パルス燃焼とは

各図をクリックすればフルサイズの画像を見ることができます。

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。

  1. 吸入
  2. 爆発過程を終えた燃焼室では, テールパイプ内の燃焼ガスの高速な排気によって, 燃焼室内圧力の急速な低下によって,
    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, 燃料は,燃料は燃焼室圧力よりも高い圧力で噴射されていることが多い ので常に流入するが, 空気は,比較的低圧で供給されるので,供給される期間とされない期間が 生じる.

  3. 圧縮
  4. 図2のように,流入速度がある程度早いと 燃料は流入し続け,空気不足の期間が生じる.この期間では, 混合ガスは燃焼せずに, どんどん燃焼室に流れ込み,残っていた燃焼ガスと混合する. 続いて,空気の流入量が増加すると, 燃料の多い燃焼ガスと混合し,一気に着火して爆発を起こして,図3となる。

  5. 爆発
  6. 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,入口からは燃焼ガスが少し逆流する。
    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。

  7. 膨張・排気
  8. 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, 慣性力によって,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, 図1のように,入口では,新しい空気を高速で流入させることになる。
    テールパイプの中の高温ガスは逆流しはじめ, 逆流したガスと燃焼室に残った高温のガスと, 入り口から新しく流入した空気と燃料が混合することになり,図1に戻る

このようにパルス燃焼は, 1秒間に20回から高速な場合には500回も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。