一种可终端配置的声腔共振型声波灭火装置，包括信号生成装置、功放装置以及喇叭，所述信号生成装置生成频率为f设定的电信号并将该电信号传输给功放装置，功放装置对其进行放大，最后驱动喇叭发声，其特征在于：还包括声腔结构体，声腔结构体一端连接在喇叭出口处，所述声腔结构体与喇叭之间是密封连接且彼此联通的，喇叭和声腔结构体形成一个完整的声腔腔体，声腔腔体的声腔体积为Vgas；所述声腔结构体的另一端连接有一出口管，出口管与声腔结构体之间是密封连接且彼此联通的，出口管的长度为l，出口管的横截面积为Sn，出口管输出的扰动声波信号对火焰产生影响，实现灭火。
【技术实现步骤摘要】
一种可终端配置的声腔共振型声波灭火装置
本专利技术涉及声学应用
，尤其是涉及一种可终端配置的声腔共振型声波灭火装置。
技术介绍
火灾一直是威胁人们公众安全和社会发展的主要灾害之一。传统的灭火方式多种多样，但随着用户规模的扩大，火势种类的增多，传统灭火器在应用中遇到很多问题。(1)传统气体灭火系统如哈龙系列，采用二氧化碳灭火，其常用于针对电气设备等一些列特殊场所。然而，密闭空间内气体灭火系统的误动作会威胁火场内人员的生命安全。(2)传统灭火器大多为高压容器，因此对存放的条件较高，不可挤压、不能碰撞，在高温下易发生膨胀爆炸。(3)传统灭火器无法用于航天系统。传统灭火器所使用的灭火剂将对航天在轨系统造成污染和破坏。此外，空间微重力环境下灭火剂属于漂浮状态，无法附着火焰，不能实现灭火效果。针对上述问题，研究人员开展了声音灭火的研究工作。最早的工作利用激波灭火。该方法通过快速燃烧的方式消化燃料使得燃烧不能自维持。类似于爆炸灭火，该方法的缺点在于激波在灭火的同时也严重影响周围物体。相关研究人员提出超声波灭火方法，该方法不需要灭火剂，不产生灭火遗留物，同时不带来环境噪声。高频声波引起火焰面高频振动，需要高振动幅度才能达到灭火效果。相关研究表明，火焰如同低通滤波器，高频激励对其性能的影响较小，参看西安交通大学申请专利一种超声灭火器(申请号：2016102822245。专利技术人：魏衍举、杨亚晶、刘圣华、李东华)。实验与理论研究表明，低频声波对火焰面的影响显著。事实上，针对空气而言，氧气的共振频率是60Hz，氮气的共振频率低于60Hz。相关文献表明空气的共振频率20-50Hz范围内。当低频声波作用于火焰时，共振特性使得空气振动加强，增加了空气的运动范围，使得氧气的稀疏和稠密分布加强，火焰在稀疏部分将因为氧气含量不足而熄灭。另一方面，声压扰动将冲散火焰周围的氧气分子，阻断火焰燃烧的供氧渠道，从而使得火焰熄灭。国防科技大学陈勇团队通过分析表明低频声波可以有效灭火的原因是火焰面对扰动的响应如同一个低通滤波器。低频声波使得不稳定燃烧加强，火焰面形成大规模的褶皱拉伸，当达到一定程度时，火焰面发生坍塌，导致火焰熄灭。拉升的火焰面使得热传导作用加强，从而降低了火焰面温度，导致燃烧无法自维持。另一方面，相较于高频声波，低频声波较长的波长使得低压区持续时间较长，在密度一定的情况下，根据理想气体状态方程p＝ρR0T(R0为气体常数)可以看到，密度ρ一定的情况下，低压区的温度T也发生改变。针对低频灭火方式，2012年美国国防部高级研究计划局(DARPA)成功用两个巨型的音波发射筒灭了火，但装备笨重，操作复杂。2012年，美国乔治·梅森大学的几个学生创造了一个“手持灭火器”。该方法利用低频声波方式进行灭火，研究表明当声波频率30-60Hz时，声波对火焰的影响非常大，灭火效果好。中国东华大学官洪运团队的研究表明声波频率20-80Hz的声波可以有效实现灭火效果。官洪运团队根据研究成果，申请专利技术专利一种低频声波灭火器(申请号：2016102840597。专利技术人：路昊、官洪运、赵冬雨、王雪纯、陆雪纯、卢博欣、于融正)。上海兆芃智能科技发展有限公司也申请了基于相似原理的技术专利一种智能便携式声波灭火器(申请号：201620176718.0。专利技术人：刘宇、吴明华)。山东科技大学申请了技术专利低频声波灭火器(申请号：2015206801107。专利技术人：韩宝坤、闫成稳、崔文杰、苏伟)。在上述声音灭火装置中，其结构大多数采用如图1所示，其基本原理如下：通过信号生成装置(大多采用DSP、单片机、信号发生器等复杂设备)产生100Hz以下的电信号，然后通过功放对信号进行放大，最后驱动喇叭发声，完成低频声波的生成。由于喇叭产生的低频扰动是发散的，则采用渐缩型聚焦筒的方式进行聚焦，获得较高的能量密度。上述方法使得灭火器设备配置非常复杂。针对低频声波生成而言，声音生成装置较大，不利于便携式应用。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提出了一种可终端配置的声腔共振型声波灭火装置。本专利技术技术方案能够解决当前声音灭火面临的两个技术问题：(1)信号生成设备复杂，不利于便携式。(2)渐缩型聚焦筒存在复杂的反射过程导致能量衰减。为实现上述技术目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种可终端配置的声腔共振型声波灭火装置，包括信号生成装置、功放装置以及喇叭，所述信号生成装置生成频率为f设定的电信号并将该电信号传输给功放装置，功放装置对其进行放大，最后驱动喇叭发声，其特征在于：还包括声腔结构体，声腔结构体一端连接在喇叭出口处，所述声腔结构体与喇叭之间是密封连接且彼此联通的，喇叭和声腔结构体形成一个完整的声腔腔体，声腔腔体的声腔体积为Vgas；所述声腔结构体的另一端连接有一出口管，出口管与声腔结构体之间是密封连接且彼此联通的，出口管的长度为l，出口管的横截面积为Sn，出口管输出的扰动声波信号对火焰产生影响，实现灭火。进一步地，本专利技术中的信号生成装置为能够生成电信号的移动终端如手机。通过移动终端编程的方式实现频率为f设定的周期正弦信号的生成。正弦信号通过移动终端音频出口接入功放装置，驱动喇叭发声。进一步地，本专利技术中的声腔结构体的形状不限，可以是球形、长方体形、正方体形等各种规则或者不规则的形状。本专利技术中，根据不同的应用场景，可以设定具有不同频率f设定的声波对火焰进行抑制。频率f设定的设定通过用户在移动终端编程软件上设置完成，一般情况下其取值范围在20Hz-80Hz。根据设定频率f设定，需要调整声腔体积Vgas、出口管道长度l或者出口管道面积sn，使得声腔共振频率f共振与设定频率f设定一致，即f共振＝f设定，此时输出的速度扰动达到最大，能够达到最好的速度扰动输出效果。进一步地，通过下式配置声腔体积Vgas、出口管道长度l或者出口管道面积sn，使得声腔共振频率f共振与设定频率f设定一致，即f共振＝f设定：上式中，ω共振＝2πf共振表征共振情况下的角速度；λ为比热比；c0为声速；末端修正系数δ定义为声腔共振频率f共振其表达式的推导过程如下：由于喇叭发声，在喇叭和声腔结构体所形成的声腔腔体内生成一定频率的声压，记为pin，声压扰动引起声腔腔体内密度扰动ρin，同时引起出口管管道内气体速度扰动un；假设声腔腔体内扰动属于等熵扰动，声腔腔体内温度不变，由理想气体状态方程可以得到，声腔腔体内密度扰动ρin可以表示为：式(1)中，λ为比热比，c0为声速，R0为气体常数，T0为温度；出口管的横截面积为Sn，在出口管与声腔结构体的连接处，由质量守恒可以得到上式中，Vgas为声腔腔体体积，ρin为声腔腔体内气体密度扰动，为声腔腔体内气体的平均密度，ρ0为出口管内气体的平均密度，Sn为出口管横截面积，un为出口管内气体速度扰动；公式(2)成立是基于出口管内气体与声腔腔体内气体的平均密度相同；在假设声波为等熵传播的情况下，出口管其管道内平均流动消失，则出口管其管道内的动量守恒满足式(3)中，算子表征梯度运算，p为出口管道内压强；设出口管其管道内的声波以平面波形式传播，则忽略二阶小量的情况下，上式(3)简化为出口管长度为l，上式(4)在出口管其管道内积分可以得到其中：pout是出口管其出口端处的声压本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可终端配置的声腔共振型声波灭火装置，包括信号生成装置、功放装置以及喇叭，所述信号生成装置生成频率为f设定的电信号并将该电信号传输给功放装置，功放装置对其进行放大，最后驱动喇叭发声，其特征在于：还包括声腔结构体，声腔结构体一端连接在喇叭出口处，所述声腔结构体与喇叭之间是密封连接且彼此联通的，喇叭和声腔结构体形成一个完整的声腔腔体，声腔腔体的声腔体积为Vgas；所述声腔结构体的另一端连接有一出口管，出口管与声腔结构体之间是密封连接且彼此联通的，出口管的长度为l，出口管的横截面积为Sn，出口管输出的扰动声波信号对火焰产生影响，实现灭火。
【技术特征摘要】
1.一种可终端配置的声腔共振型声波灭火装置，包括信号生成装置、功放装置以及喇叭，所述信号生成装置生成频率为f设定的电信号并将该电信号传输给功放装置，功放装置对其进行放大，最后驱动喇叭发声，其特征在于：还包括声腔结构体，声腔结构体一端连接在喇叭出口处，所述声腔结构体与喇叭之间是密封连接且彼此联通的，喇叭和声腔结构体形成一个完整的声腔腔体，声腔腔体的声腔体积为Vgas；所述声腔结构体的另一端连接有一出口管，出口管与声腔结构体之间是密封连接且彼此联通的，出口管的长度为l，出口管的横截面积为Sn，出口管输出的扰动声波信号对火焰产生影响，实现灭火。2.根据权利要求1所述的可终端配置的声腔共振型声波灭火装置，其特征在于：信号生成装置为能够生成电信号的移动终端，通过移动终端编程的方式实现频率为f设定的周期正弦信号的生成，正弦信号通过移动终端音频出口接入功放装置，驱动喇叭发声。3.根据权利要求1所述的可终端配置的声腔共振型声波灭火装置，其特征在于：声腔结构体的形状不限，采用是球形、长方体形、正方体形等各种规则或者不规则的形状。4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的可终端配置的声腔共振型声波灭火装置，其特征在于，根据设定频率f设定，配置声腔体积Vgas、出口管道长度l或者出口管道面积sn，使得声腔共振频率f共振与设定频率f设定一致，即f共振＝f设定，此时输出的速度扰动达到最大。5.根据权利要求4所述的可终端配置的声腔共振型声波灭火装置，其特征在于，通过下式配置声腔体积Vgas、出口管道长度l或者出口管道面积sn，使得声腔共振频率f共振与设定频率f设定一致，即f共振＝f设定：上式中，ω共振＝2πf共振表征共振情况下的角速度；λ为比热比；c0为声速；末端修正系数δ定义为6.根据权利要求5所述的可终端配置的声腔共振型声波灭火装置，其特征在于，声腔共振频率f共振其表达式的推导过程如下：由于喇叭发声，在喇叭和声腔结构体所形成的声腔腔体内生成一定频率的声压，记为pin，声压扰动引起声腔腔体内密度扰动ρin，同时引起出口管管道内气体速度扰动un；...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴唯薇，杨红，李秀华，张平，杨志君，
申请(专利权)人：湖南瑞中科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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