Влияние акустических волн на процесс горения

ВЛИЯНИЕ АКУСТИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ НА ПРОЦЕСС ГОРЕНИЯ

Дашиева Валерия Жаргаловна

Научный руководитель Абашеева Светлана Бато-Мунхоевна

ГБОУ «Лицей-интернат №61», Республика Бурятия, г. Улан – Удэ

Американские инженеры научились контролировать положение пламени, появляющееся при горении газа и жидких видов топлива, а также гасить его. Но инновационная технология пока не нашла практического применения из-за крайне малого масштаба возгораний, поддающихся действию звуковой волны.

Мы решили опробовать данную методику в условиях своей школьной лаборатории. Результат оказался положительным: пламя разных видов топлива, действительно, было потушено с помощью звуковой волны.

В процессе изучения материала, содержащего сведения по данной теме, наше внимание привлекла зависимость режима горения от сгенерированной в трубе стоячей волны. Этот факт ориентировал ход работы на сравнение возможности управления процессом горения при помощи стоячей и бегущей звуковых волн.

Цель исследования: сравнение возможностей управления процессом горения при помощи стоячей и бегущей звуковых волн.

Задачи:

1. Изучить материал по данной теме.
2. Соорудить необходимые установки для экспериментального исследования.
3. Провести необходимые эксперименты.

Объект исследования:  звуковая волна.

Предмет исследования: влияние сгенерированной акустической волны на процесс горения.

Звуковая волна – это передающиеся в пространстве механические колебания молекул вещества (например, воздуха). Звуки влияют на пламя, создавая неустойчивости и меняя форму пламени. Прямое взаимодействие между волнами и пламенем происходит в зоне горения.

Существуют действующие звуковые огнетушители, разработанные независимо друг от друга американскими и корейскими студентами. Принцип действия заключается в том, что низкочастотная сгенерированная акустическая волна блокирует поступление кислорода к зоне горения, т.е. химическую реакцию, которая является причиной горения.  Использование именно низкой частоты подаваемого звукового сигнала детерминировано экспериментально доказанным фактом.  

В зависимости от частоты и амплитуды звука появление участка, на который наложено звуковое воздействие, может серьезно повлиять на структуру и движение пламени в целом.

Исследование влияния сгенерированной акустической волны на процесс горения заключалось в постановке ряда экспериментов:

1. Получение и визуализация стоячих волн при помощи трубы Рубенса.
2. Исследование влияния стоячей и бегущей звуковых волн на процесс горения.

Для сравнения влияния стоячей волны была проведена очередная серия опытов для бегущей звуковой волны: тушение пламени свечи, газа, спирта.

В результате проведённого экспериментального исследования влияния стоячей и бегущей волн звукового типа на процесс горения сделаны следующие выводы:

1. Стоячие звуковые волны не могут быть использованы в технологиях пожаротушения в качестве ликвидатора очага возгорания. Этому способствует трудоёмкость и длительность процесса создания условий образования стоячей волны, которые не приемлемы в критических условиях пожаров.

2. Несмотря на серьёзные недостатки стоячих волн по сравнению с бегущими, действие обоих типов звуковых волн на процесс горения равноценно.

3. Для полной ликвидации пламени любых видов топлива (твёрдого, жидкого, газообразного) необходима низкая частота акустических колебаний.

4. Разработанная технология пожаротушения имеет существенный недостаток − использование низкой частоты создаёт риск негативного воздействия на живые организмы, находящиеся на территории, облучаемой волнами.

В инновационной методике пожаротушения присутствует множество серьёзных изъянов, требующих детального и глубокого изучения и впоследствии устранения такие, как крайне малые масштабы возгораний, поддающихся воздействию акустического поля, отсутствие охлаждающего эффекта, пагубное влияние на живые организмы. Но следует признать, что этот способ ликвидации пламени сегодня не способен конкурировать с уже существующими технологиями пожаротушения. Однако это всё же не означает безнадёжность использования звуковых волн для контролирования процесса горения, напротив разработка новых техник манипулирования огнём на основе этого явления имеет огромный потенциал.

Список литературы

1. Кривокорытов  М.С.  Влияние  акустических  колебаний  на  диффузионное  горение  метана  /  Кривокорытов  М.С./  Голуб  В.В./  Володин  В.В.  2012  г.  —  С.  59.
2. Беляевский Я.Д. Влияние звука на теплоперенос в газах.
3. Д.И. Абугов, О.И. Обрезков, В.П. Пикалов/Исследование взаимодействия процесса горения с акустическими колебаниями/с.51. 
4. Лесков И. А., Троценко В. М., Беспалов Н. В. Электромагнитное и акустическое воздействие на распространение пламени//Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки: сб. ст. по мат. XXV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 10(24). URL: http://sibac.info/archive/technic/10(24).pdf
5. Степанов К.М. Ионизация в пламени и электрическое поле / Степанов К.М./ Дьячков Б.Г.  1968  г.  —  С.  208.
6. Щелкин К.И. Два случая нестационарного горения // ЖЭТФ. 1959. № 36(2). С. 600.
7. http://www.mk.ru/science/2012/07/18/727048-pozhar-budut-tushit-zvukom.html
8. http://www.brainvideo.ru/acoustic-suppression