[发明专利]一种具备降温效果的气动激励声音灭火装置

权利要求书

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；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，设螺旋桨的转速为n；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；通过螺旋桨旋转获得的高压气流的压强p_a通过下式得到

p_a＝C_pρ₀n²D⁴. (1)

上式中，C_p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R_A，R_C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p_A(＝p_a+p′_a)和T_A，气流流速为V_A；则喷嘴的入口处的能量焓h_A为：

其中γ表示比热比；c_p表示恒压热容；ρ_A表示喷嘴入口处密度；c_A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，定义总焓

h₀＝h_A (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总压p₀，总温度T₀与滞止声速c₀

其中ρ₀代表系统总压下对应的密度；

根据等熵理想气体状态方程，喷嘴中任意位置处的压强p，温度T与马赫数M表征为

喷嘴中任意位置处的温度表征为

可知，当喷嘴流动马赫数增加时，相应的温度降低；根据公式(6)可知，喷嘴入口处与喷嘴出口处的温度比例表征为

其中，在喷嘴出口处的压强与外界压强P_环境一致，即P_C＝P_环境，根据公式(5)得到喷嘴出口处的马赫数M_C为

当通过式(8)计算得到喷嘴出口处的马赫数M_C小于1时，喷嘴出口处气流为亚声速流动，此时，喷嘴采用亚声速收缩形喷嘴，所述喷嘴的入口半径至喷嘴的出口半径逐渐减小，随着喷嘴入口处至喷嘴出口处间喷嘴半径的逐渐减小即喷嘴的横截面积不断减小，带来喷嘴内气流速度的增大，喷嘴内气流压强以及温度的降低；

公式(8)带入公式(7)，获得喷嘴入口处与喷嘴出口处的温度比为

当通过式(8)计算得到的喷嘴出口处的马赫数M_C大于1时，则在喷嘴的某一横截面处流动马赫数为1，定义该横截面为临界横截面；此时所采用的喷嘴为Laval超声速喷嘴，Laval超声速喷嘴的中段收缩，喷嘴入口处的半径为R_A，喷嘴出口处的半径为R_C，临界横截面即喷嘴中部最小横截面所在位置，其对应的横截面半径为R_B，R_A大于R_B，R_C大于R_B；Laval超声速喷嘴其喷嘴入口处的半径至喷嘴中部最小横截面处的半径逐渐减小，喷嘴中部最小横截面处的半径至喷嘴出口处的半径逐渐增大。