一种带有旋流叶片的气流声源装置及使用方法

本发明属于气流声源领域，尤其涉及了一种带有旋流叶片的气流声源装置及使用方法。

背景技术：

1、火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的灾害之一。随着城市建筑物密度的增长，建筑火灾的发生概率增加。当建筑火灾发生时，建筑材料等燃烧会产生大量火灾烟雾，其对光线具有极强的遮挡性和吸收性且其具备一定的毒性，会严重降低火场能见度，极大影响被困人员的逃生及救援人员的施救。据统计，火场中因烟雾致死的人数占死亡总数的80％左右。因此，需要对火灾烟雾进行控制、消除。目前常见的排烟法、挡烟法以及采用水雾消除烟雾等方法，均存在一定的缺陷，甚至在一定程度下会加剧烟雾的蔓延。

2、因此，如何开发快速有效消除火灾烟雾的方法意义重大。声波团聚是一种利用高强度声场快速有效的消除气溶胶的技术。细颗粒在声场下受到声波的作用，产生相对运动，颗粒间相互碰撞，从而形成较大的颗粒，大幅度减少气溶胶颗粒数目，快速消除火灾烟雾，提高火场能见度。

3、声源是声波团聚中最关键的设备，适合工程应用的声源必须满足既能产生140～150db以上的高声压级，又能耐高温烟尘环境，同时能量转换效率高、耗能低，气流声源兼顾结构简单、换能效率高、一定范围可控等条件，在军事和民用领域都具有重要应用价值。

4、申请公布号为cn113058361a的中国发明专利公开了一种变频式高强气流声源及其使用方法，属于气流声源与颗粒团聚技术领域。上述发明可以通过调整进气压力，改变谐振腔的密封部分深度，获取想要的发声频率。但在该结构下无法有效控制号角出口的气流形态，会存在无序出流的气流吹散气溶胶的情况，导致声波团聚效率下降。因此开发一种控制出流气体形态的气流声源是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种带有旋流叶片的气流声源装置及使用方法。在声场和流场的作用下，使烟雾中的颗粒产生相对运动，导致颗粒间发生碰撞团聚，形成较大颗粒，并发生沉降，从而达到消除烟雾的目的。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一、一种带有旋流叶片的气流声源装置：

4、包括喷嘴、导流部件、射流屏蔽罩和号角；射流屏蔽罩的前端固定连接在喷嘴的出气端，射流屏蔽罩的末端与号角的进气端连接，导流部件同轴设置在喷嘴的内部，且导流部件的末端固定连接在号角的内壁面上，喷嘴的进气端外接气源，号角的出气端与待消除的烟雾接触；气源由喷嘴的进气端进入，经导流部件后在导流部件的末端形成声场，同时在号角的出气端形成旋流，通过旋流和声场使得烟雾中的颗粒团聚并沉降，进而实现对火灾中烟雾的有效消除。

5、所述的导流部件包括中心杆、共鸣腔和旋流叶片；共鸣腔为前端开口末端封闭的空心柱状结构，中心杆的前部同轴设置在喷嘴的内部，中心杆的末端穿设过喷嘴的出气端后与共鸣腔的末端固定连接，共鸣腔设置在号角的内部，且共鸣腔的外侧壁通过支撑杆与号角前端的内侧壁固定连接，若干个旋流叶片沿着中心杆周向均匀间隔布设地连接在中心杆的外侧壁上，且旋流叶片位于喷嘴的出气端。

6、所述的喷嘴主要由一个恒截面管道和一个变截面管道组成，所述恒截面管道为横截面恒定不变的空心圆柱结构，变截面管道为前端横截面面积大于后端横截面面积的空心圆台结构，恒截面管道连接在变截面管道的前端，恒截面管道的前端和变截面管道分别作为喷嘴的进气端和出气端；

7、所述旋流叶片位于变截面管道位置处，将旋流叶片沿中心杆径向方向的长度作为旋流叶片的宽度，旋流叶片前端的宽度大于末端的宽度，且旋流叶片前端的宽度与恒截面管道内半径之比为0.3-0.8，旋流叶片末端的宽度小于变截面管道出气端的内半径，旋流叶片沿中心杆轴向方向的长度与变截面管道的长度之比为0.75-1。

8、所述旋流叶片采用扭形叶片，旋流叶片根部的安装角为0°，旋流叶片的扭角为30°-60°，所述旋流叶片的个数为3-6个。

9、喷嘴出气端和共鸣腔腔口之间的间距与喷嘴出气端内径之比为1.1-2.0：1。

10、所述共鸣腔腔口的直径与喷嘴出气端直径之比为1.33-2.5：1。

11、所述射流屏蔽罩的内壁面与喷嘴的轴线呈60°夹角。

12、所述射流屏蔽罩末端的内径与号角进气端的内径尺寸一致，将射流屏蔽罩末端与号角前端之间的间距作为第一开口距离，将喷嘴出气端与共鸣腔腔口之间的间距作为第二开口距离，第一开口距离和第二开口距离之间的比值小于0.92。

13、所述旋流叶片前端的宽度与恒截面管道内半径之比为0.6，旋流叶片沿中心杆轴向方向的长度与变截面管道的长度之比为0.88。

14、二、一种采用气流声源装置消除火灾烟雾的方法，包括以下步骤：

15、气源给予喷嘴压缩空气，压缩空气进入喷嘴内部后在旋流叶片处形成旋流，旋流继续流向共鸣腔且与共鸣腔相撞，旋流对共鸣腔周围的气体产生扰动，发出声音，使得共鸣腔周围产生声场；同时旋流经共鸣腔末端反弹后一部分直接流入号角中，另一部分流向射流屏蔽罩，再经射流屏蔽罩壁面反弹后流入号角中，并在号角的出气口形成旋流；烟雾中的颗粒在声场的声波作用下产生相对运动，颗粒之间相互碰撞，从而颗粒团聚脱落，号角出气口处的旋流增强了颗粒的相对运动，从而增快了烟雾中颗粒的团聚脱落，进而实现对火灾中烟雾的有效消除。

16、所述喷嘴与共鸣腔之间的间距与喷嘴出口直径之比为1.1～2.0：1。在该比例范围内，共鸣腔位于射流的湍流混合区，更有利于气流声源产生高强声场。更优选地，所述喷嘴与共鸣腔之间的间距与喷嘴直径之比为1.20～1.52：1。

17、所述喷嘴设置了进气通道，与空气压缩机相连；由空气压缩机向本发明装置提供运行所需压力。

18、所述喷嘴外侧壁面设置了凸台，凸台用于固定射流屏蔽罩。

19、所述射流屏蔽罩的内外侧倾斜壁面与中心杆轴线方向成60°；射流屏蔽罩与喷嘴连接处进行密封处理。

20、所述射流屏蔽罩与号角通过螺栓连接，射流屏蔽罩和号角与螺栓机械连接的壁两侧设置螺母，限制射流屏蔽罩和号角的轴向运动。

21、所述中心杆末端具有螺纹，与共鸣腔机械连接。

22、所述中心杆上设置凸台，凸台上周向设置3-6个槽，槽用于安装旋流叶片。所述中心杆凸台两侧轴向壁面上设置两个相对槽对称的螺纹孔。盖片通过螺栓与中心杆凸台机械连接。盖片可限制旋流叶片的轴向运动。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、1、本发明增加了旋流叶片，能够利用经发声过程后的气流，控制气流形态，避免无序流动的气流吹散气溶胶，降低声波团聚效果，气流在旋流叶片影响下形成漩涡，漩涡处存在较大的速度梯度，强化了烟雾中的颗粒物的相对运动，同时促进了烟雾的混合，使得声波团聚的效果增强。

25、2、本发明可调换旋转旋流叶片改变接入的旋流叶片的尺寸大小和倾角，最终改变气流的旋流强度以适应不同的工况。

26、3、本发明可用于消除有害气溶胶、火灾烟雾等，利用本发明可快速有效清除建筑物内的火灾烟雾，帮助火场被困人员的逃生。