摘要
为丰富灭火器的种类与方法，很多学者发现声波可以灭火，并设计了相应的声波灭火装置进行了一些灭火实验，但对声波灭火装置灭火的机理还存在争议，对声波灭火装置所装配的声腔对声波灭火装置灭火能力的影响研究不足。本文利用声波灭火装置和搭建的实验平台，选用蜡烛火焰及酒精火焰对声波灭火装置灭火机理进行了研究;设计出不同形状和尺寸的声腔，通过实验探究了装配不同声腔对声波灭火装置的灭火能力的影响。主要得到以下结论: (1)声波灭火装置仅可以在声波灭火装置出口方向一定距离内熄灭蜡烛火焰并产生风，其余角度虽然有一定强度声波但无法熄灭蜡烛火焰，并且声波灭火装置无法熄灭防风酒精炉火焰，而可以快速熄灭相近规模的酒精块火焰。证明了声波灭火装置主要依靠其产生的声波风熄灭火焰，不是单纯利用声波。 (2)探究了声波风对火焰的作用特点。对比普通匀速风，利用高帧数摄像机拍摄两种风对蜡烛火焰的熄灭和扰动现象。声波风会使蜡烛火焰在熄灭过程前端出现反向偏移的现象，且相近风速下，声波风比匀速风灭火速率更快。在低功率下，普通匀速风使蜡烛火焰偏向风扇作用方向，火焰变化不具有明显周期性;声波风对蜡烛火焰的扰动呈现周期性摆动。声波灭火装置对火焰的扰动与声波传播过程中对某一单元的作用非常相似，可见声波灭火装置灭火本质是其产生了一种具有声波特性的风吹灭了火焰 (3)探究了声波风的产生方式。发现声场的介入并不会使匀速风的风速增大，也不会改变匀速风对火焰的作用效果，声波风是由扬声器振膜鼓动产生的，声腔的装配，可以使扬声器振膜鼓动更多的风。 (4) 针对声腔体积及声腔出口面积两个声腔尺寸参数和出口曲线一个声腔形状参数设计了不同形状及尺寸的声腔，通过实验探究装配不同形状及尺寸的声腔对声波灭火装置灭火能力的影响。结果发现，在实验频率30 ～ 70 Hz间，最佳灭火频率为50 Hz;将声腔出口设计为平滑出口后可以有效提升声波灭火装置的灭火速率，对灭火距离的提升不明显;将声腔体积扩大约一倍，平均灭火速率提高21％,平均灭火距离提高3.2％;将声腔出口面积缩小一半后，平均灭火速率提高1436％,灭火距离增加9.6％,尤其在灭火速率方面，声腔出口面积的改变对声波灭火装置灭火能力的影响最大。声腔的最佳聚能频率越接近实验所用频率，其灭火效果越好。 本文通过实验发现，单纯的声波(80～110dB)并不能熄灭火焰，声波灭火装置能够熄灭火焰是其扬声器振膜产生了具有声波特性的声波风，“吹”灭了火焰，在装配声腔后，扬声器所鼓动的风显著增强，装配声腔是声波灭火装置应用于实际灭火的前提;通过改变声腔体积和声腔出口面积两个尺寸参数和声腔平滑出口这一形状参数可以改变声腔的最佳聚能频率从而提高声波灭火装置声波风的输出效率，提升灭火能力，为声波灭火装置后续的灭火实验和实际应用提供了设计声腔形状及尺寸上的参考。
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