一种具备降温效果的气动激励声音灭火装置制造方法及图纸

一种具备降温效果的气动激励声音灭火装置，包括进气道以及连接在进气道出口处的喷嘴。进气道的进气口端设置有螺旋桨，螺旋桨通过旋转获得高压气流；进气道内设置有扰动装置，对高压气流进行低频声波扰动，产生带扰动的高压气流，带扰动的高压气流从进气道出口进入到喷嘴中。所述喷嘴具有收缩段，其通过收缩的方式使进入喷嘴的高压气流获得更大的速度而喷出，从而降低从喷嘴出口喷出的气流温度。其采用采用声波扰动与降温同步实现声音的降温灭火，能够有效避免复燃的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种具备降温效果的气动激励声音灭火装置
本专利技术涉及声学应用
，尤其是涉及一种具备降温效果的气动激励声音灭火装置。
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)。上述专利都利用低频声波影响火焰面结构，从而达到灭火效果。然而上述方法只能针对小型火焰，很难避免复燃。针对较大的火焰而言，上述方法存在问题。较大的火焰使得周围空气温度升高，即使火焰熄灭后由于达到着火点仍然存在火焰复燃的可能。因此，在利用低频声波灭火的同时，需要同时降低温度。另一方面，由于声音灭火所用的频率为100Hz以下，对于当前电驱动喇叭获得声音方式而言，能量转化效率较低，喇叭的体积与重量往往较为庞大，不利于便携式灭火应用场合。
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具备降温效果的气动激励声音灭火装置。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：本专利技术是一种利用气动的方法获得低频声波，并通过喷嘴获得低温的方法。具体地，本专利技术提供一种具备降温效果的气动激励声音灭火装置，包括进气道以及连接在进气道出口处的喷嘴，喷嘴与进气道是密封连接且彼此联通的。进气道的进气口端设置有螺旋桨，螺旋桨通过旋转获得高压气流。进气道内设置有扰动装置，扰动装置对进气道内的高压气流进行低频声波扰动，产生带扰动的高压气流，带扰动的高压气流通过进气道出口进入到喷嘴中；所述喷嘴具有收缩段，其通过收缩的方式使进入喷嘴的高压气流获得更大的速度并且降低其气流温度后从喷嘴出口喷出。所述喷嘴可以根据具体情况，选用亚声速收缩形喷嘴或Laval超声速喷嘴。本专利技术中所述螺旋桨可以采用常规电驱动的螺旋桨，其包括2片以上的桨叶，2片以上的桨叶均匀分布在螺旋桨其中心转轴上，通过电机驱动中心转轴进而带动中心转轴上的所有桨叶同步旋转，设螺旋桨的转速为n。本专利技术所述扰动装置包括呈径向圆周分布的多个扰动叶片(不仅限于图b所示4个扰动叶片)，扰动叶片的形状不限。各扰动叶片均连接有动力，每个扰动叶片均能在动力的驱动下绕其各自的旋转轴(如各叶片绕其各自的中心轴旋转)按照ω＝2πf角速度进行旋转，从而获得频率为f的频率扰动，实现对进气道内的高压气流进行低频声波扰动，产生带扰动的高压气流。前述方案是将螺旋桨和扰动装置分开独立设置。在本专利技术中也可以将所述螺旋桨以及扰动装置集成为一体，螺旋桨包括多片桨叶，多片桨叶分布在螺旋桨其中心转轴上，通过电机驱动中心转轴进而带动中心转轴上的所有桨叶同步旋转，以获得高压气流；各片桨叶均分别自带动力即各片桨叶分别连接有独立的动力，各片桨叶能够在各自动力的驱动下围绕其自身上的旋转轴以ω＝2πf的角速度进行旋转，从而获得频率为f的频率扰动，实现对高压气流的低频声波扰动，产生带扰动的高压气流。需要指出的是，进气道的长度与形状不受约束，按照应用场景配置。进气道其进气口的半径越大，对应的螺旋桨其桨叶长度越大，通过螺旋桨旋转获得的高压气流的压强pa越大。扰动装置其扰动叶片的长度与宽度越大，获得的压强扰动p′a越大。通过螺旋桨旋转获得的高压气流的压强pa可以通过下式得到pa＝Cpρ0n2D4.(1)上式中，Cp为拉力系数，由螺旋桨几何参数决定；n是螺旋桨旋转的转速；ρ0为进气道入口处的气流密度；D为螺旋桨的直径。所述扰动装置实现对高压气流的低频声波扰动，使得流过扰动装置的高压气流的气流体积与压强发生周期性变化，形成低频噪声，产生的压强扰动为p′a。设喷嘴入口处半径为RA，RC为喷嘴出口处半径，喷嘴通过收缩的方式对高压气流加速，进而获得更大速度的高压气流。在喷嘴的入口处其压强以及温度分别表示为pA(＝pa+p′a)和TA，气流流速为VA。则喷嘴的入口处的能量焓hA为：其中γ表示比热比；cp表示恒压热容；ρA表示喷嘴入口处密度；cA表示喷嘴入口处声速。由于气流流动为等熵流动，则能量在喷嘴中不会发生耗散，则能量焓不发生改变，为此，可以定义总焓h0＝hA(3)喷嘴中气体为理想气体，则在总焓的概念下可以获得系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备降温效果的气动激励声音灭火装置，其特征在于：包括进气道以及连接在进气道出口处的喷嘴，喷嘴与进气道是密封连接且彼此联通的。进气道的进气口端设置有螺旋桨，螺旋桨通过旋转获得高压气流。进气道内设置有扰动装置，扰动装置对进气道内的高压气流进行低频声波扰动，产生带扰动的高压气流，带扰动的高压气流通过进气道出口进入到喷嘴中；所述喷嘴具有收缩段，其通过收缩的方式使进入喷嘴的高压气流获得更大的速度并且降低其气流温度后从喷嘴出口喷出。

【技术特征摘要】
1.一种具备降温效果的气动激励声音灭火装置，其特征在于：包括进气道以及连接在进气道出口处的喷嘴，喷嘴与进气道是密封连接且彼此联通的。进气道的进气口端设置有螺旋桨，螺旋桨通过旋转获得高压气流。进气道内设置有扰动装置，扰动装置对进气道内的高压气流进行低频声波扰动，产生带扰动的高压气流，带扰动的高压气流通过进气道出口进入到喷嘴中；所述喷嘴具有收缩段，其通过收缩的方式使进入喷嘴的高压气流获得更大的速度并且降低其气流温度后从喷嘴出口喷出。2.根据权利要求1所述的具备降温效果的气动激励声音灭火装置，其特征在于：螺旋桨包括2片以上的桨叶，2片以上的桨叶均匀分布在螺旋桨其中心转轴上，通过电机驱动中心转轴进而带动中心转轴上的所有桨叶同步旋转，设螺旋桨的转速为n。3.根据权利要求2所述的具备降温效果的气动激励声音灭火装置，其特征在于：所述扰动装置包括呈径向圆周分布的多个扰动叶片，各扰动叶片均连接有动力，每个扰动叶片均能在动力的驱动下绕其各自的旋转轴按照ω＝2πf角速度进行旋转，从而获得频率为f的频率扰动，实现对进气道内的高压气流进行低频声波扰动，产生带扰动的高压气流。4.根据权利要求1所述的具备降温效果的气动激励声音灭火装置，其特征在于：所述螺旋桨以及扰动装置集成为一体，螺旋桨包括多片桨叶，多片桨叶分布在螺旋桨其中心转轴上，通过电机驱动中心转轴进而带动中心转轴上的所有桨叶同步旋转，以获得高压气流；各片桨叶均分别自带动力即各片桨叶分别连接有独立的动力，各片桨叶能够在各自动力的驱动下围绕其自身上的旋转轴以ω＝2πf的角速度进行旋转，从而获得频率为f的频率扰动，实现对高压气流的低频声波扰动，产生带扰动的高压气流。5.根据权利要求3或4所述的具备降温效果的气动激励声音灭火装置，其特征在于：进气道其进气口的半径越大，对应的螺旋桨其桨叶长度越大，通过螺旋桨旋转获得的高压气流的压强pa越大；扰动装置其扰动叶片的长度与宽度越大，获得的压强扰动pa′越大。6.根据权利要求5所述的具备降温效果的气动激励声音灭火装置，其特征在于：通过螺旋桨旋转获得的高压气流的压强pa可以通过下式得到pa＝Cpρ0n2D4.(1)上式中，Cp为拉力系数，由螺旋桨几何参数决定；n是螺旋桨旋转的转速；ρ0为进气道入口处的气流密度；D为螺旋桨的直径；所述扰动装置实现对高压气流的低频声波扰动，使得流过扰动装置的高压气流的气流体积与压强发生周期性变化，形成低频噪声，产生的压强扰动为p′a；设喷嘴入口处半径为RA，RC为喷嘴出口处半径，喷嘴通过收缩的方式对高压气流加速，进而获得更大速度的高压气流；在喷嘴的入口处其压强以及温度分别表示为pA(＝pa+p′a)和TA，气流流速为VA；则喷嘴的入口处的能量焓hA为...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴唯薇，李秀华，杨红，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