были безуспешно испытаны в качестве средства пожаротушения Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США еще в 2008 году. Не испугавшись прошлых неудач, а также скептицизма со стороны одноклассников и преподавателей, Робертсон и Тран решили проблему, добавив вихревые кольца, которые перемещаются. частицы, вращающиеся вокруг центрального ядра, переносят звуковые волны на большие расстояния без потери массы или кинетической энергии.

«Когда мы впервые столкнулись с этой идеей, было много препятствий», — говорит Тран, и проблемы сохраняются. Он отмечает, что, например, тестирование обходится дорого, и для технологии не существует стандартизированных тестов.

ARSAC, которая была основана как компания по производству дронов в 2017 году, теперь помогает вывести акустические технологии на новый уровень. «Наша миссия состоит в том, чтобы взять новые и существующие технологии, которые существуют очень разными способами на текущем рынке, и объединить их таким образом, чтобы улучшить качество служб экстренной помощи и помощи при стихийных бедствиях», — говорит Диллон.

Решение глобальной проблемы

«За последние 50 лет в области пожаротушения было мало технологических достижений», — объясняет Диллон, бывший пожарный-доброволец. «Одно из наших самых больших препятствий сейчас заключается в том, что исследования пожаров обычно примерно на 20 лет отстают от любых других исследований катастроф», — добавляет он. «Мы должны многое сделать сами».

В настоящее время ARSAC создает интегрированную систему, предназначенную специально для борьбы с большими лесными пожарами, которая опирается на массив акустических огнетушителей, технологии зондирования и армию дронов ISR (разведка, наблюдение и разведка) для обнаружения и сдерживания лесных пожаров.

ВАМ ТАКЖЕ МОЖЕТ ПОНРАВИТЬСЯ: Fighting Fire’s Furty With Data

Пока продукт все еще находится в разработке, компания почти готова продемонстрировать множитель силы для расширения диапазона огнетушителей и планирует представить предпродажный прототип новой интегрированной системы в марте 2020 года. На этом этапе компания надеется для проверки системы на земле, вероятно, при контролируемом ожоге, — говорит Диллон.

Изменение игры

В более крупном масштабе цель ARSAC заключается не в том, чтобы полностью тушить лесные пожары или заменять пожарных, а в создании акустических границ, препятствующих распространению таких пожаров.«Мы думаем, что сможем выиграть у этих пожарных время, которое является настоящим убийцей в ситуации бедствия», — говорит Диллон.

ARSAC может оказаться особенно разрушительной, потому что она разработана как «система распознавания и реагирования», добавляет он, а не система «ощущения и реакции». Различия? Интегрированная система противопожарной защиты ARSAC направлена ​​не только на обнаружение тлеющих углей, но и на отслеживание местоположения и направления растущих пожаров, чтобы не допустить их пересечения границ собственности.

ARSAC используются датчики, которые обнаруживают тепловое воздействие, а затем посылают импульсы с заданной частотой, которые можно использовать для отслеживания потока огня», — объясняет Диллон.Затем дроны могут быть отправлены для обеспечения воздушного наблюдения для наблюдения за пожаром, а массивы звуковых огнетушителей вдоль границ территории могут быть направлены в правильном направлении для создания акустического противопожарного барьера.

«Мы хотим быть готовы к возгоранию, а не ждать реакции», — говорит Диллон.

Построение партнерских отношений с общественностью

ARSAC являются государственные учреждения и частные организации, которые контролируют большие территории, такие как национальные парки, и поэтому имеют больше возможностей для борьбы с крупными лесными пожарами, чем отдельные потребители.

также проявляют интерес к технологии: в октябре прошлого года, после пожара в лагере в 2018 году, власти Невады пригласили Диллона, Робертсона и Тран для демонстрации технологии для местного населения. «Мы увидели в этом прекрасную возможность пообщаться с людьми, пострадавшими от лесных пожаров», — говорит Диллон. Он добавляет, что Невада-Сити также является потенциальным партнером для крупномасштабных испытаний технологии.

В западной части США и в бесчисленных регионах мира масштабы лесных пожаров продолжают расти, говорит Диллон.«При таком риске не разработать систему для решения этой проблемы является моральным преступлением», — говорит он. «Мы действительно просто хотим поступать правильно».

Звуковой огнетушитель со звуком тушит пламя

Два студента инженерного факультета Университета Джорджа Мейсона изобрели новый огнетушитель, способный тушить пламя, манипулируя звуковыми волнами.

Звуковой огнетушитель, разработанный двумя студентами последнего курса бакалавриата, Сетом Робертсоном и Вьет Траном, использует для тушения пламени звуковые волны, распространяемые через мобильный сабвуфер, а не химические соединения, используемые в традиционных огнетушителях.

Согласно Робертсону и Трану, звуковой огнетушитель предлагает самый чистый и наименее разрушительный способ тушить пламя, потому что, хотя жидкости и химические вещества эффективны при тушении пожаров, они также могут нанести дополнительный материальный ущерб и риск для здоровья. Хотя текущая версия огнетушителя способна тушить только небольшие пожары, студенты доказали, что он работает.

Хотя Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) ранее проверило идею использования звуковых волн для тушения пожаров, Тран и Робертсон стали первыми инженерами, превратившими этот принцип в практичное и полезное устройство.

Сосредоточив низкие звуковые волны в определенном направлении, Тран и Робертсон максимально увеличили свою способность управлять кислородом и горящим материалом. Поскольку звук — это волна давления, которая колеблется между областями высокого и низкого давления, это колебание можно использовать для создания вакуума, который отделяет молекулы воздуха от звуков пламени, тушение огня.

В рамках своего исследования студенты протестировали несколько различных частот. Они обнаружили, что высокие тона неэффективны для огня.Скорее всего, наиболее эффективными были низкочастотные басы в диапазоне от 30 до 60 Гц.

Тран и Робертсон создали свое устройство, которое состоит из звукового усилителя, генератора частоты, блока питания, акустического выхода, ИК-датчика и картонного коллиматора, в комплекте с вихревым соплом для фокусировки звука. Вихревое кольцо в коллиматоре позволяет звуковым волнам распространяться дальше с небольшой потерей энергии. Инфракрасный датчик способен обнаруживать пламя по длине волны огня. Окончательный прототип стоил около 600 долларов США на разработку и весил 9 кг.

Теперь двое студентов будут работать над дальнейшей разработкой устройства, чтобы его можно было использовать на больших пожарах. В то время как звуковой огнетушитель первоначально будет использоваться при небольших пожарах, таких как жирные пожары на плитах, Тран и Робертсон говорят, что эта технология в конечном итоге может быть использована для оснащения флота дронов для борьбы с пожарами.

Тушение пожара со звуком: волновой огнетушитель

Двое бывших американских студентов-электротехников открыли передовой и нетрадиционный способ тушения пожаров: звук.В частности, низкие частоты от 30 до 60 Гц.

Хотя концепция тушения пламени волнами не нова, ручной огнетушитель еще не был разработан и запущен в серийное производство. Сет Робертсон и Вьет Тран — в то время оба студента последнего курса Университета Джорджа Мейсона в Вирджинии — объяснили, что они решили применить «подход Эдисона» к своим исследованиям в работе со звуковыми волнами, используя каждую неудачу для изучения чего-либо, пока они не создали удачный прототип.

Предыдущие попытки использовать ультразвук в качестве средства борьбы с пламенем, в том числе усилия Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA), оказались безуспешными, и двое студентов были встречены скептицизмом со стороны коллег и преподавателей при выборе этого в качестве исследовательского проекта. Они объяснили, что потратили немало времени и денег на изучение ультразвука в качестве решения, но без особого успеха, и даже потеряли большую часть своей студенческой команды, когда решение казалось недостижимым.

Однако, когда они обнаружили силу низких частот в тушении пламени, их настойчивость окупилась.Поскольку звуковые волны могут перемещать кислород и огонь за счет давления, создаваемого их вибрациями, эта конкретная частота звуковой волны работает, чтобы отделить молекулы пламени от окружающего кислорода, эффективно подавляя огонь и подавляя пламя.

Хотя существует некоторый риск повторного возгорания огня после того, как кислород вернется в зону (иначе говоря, когда устройство выключено), потенциальные преимущества обширны: пользователи не будут подвергаться воздействию потенциально токсичных химикатов, обнаруженных в некоторых огнетушителях и находящемся поблизости оборудовании. могут быть повреждены и могут пострадать другие люди.Акустическая технология пожаротушения чистая и эффективная, и устройства никогда не требуют «дозаправки».

Последний ручной прототип ученика с питанием от сети, построенный примерно за 600 долларов, произвел настоящий фурор в Интернете и в учебных кругах благодаря своей популярной демонстрации на YouTube. Хотя изначально он был разработан с учетом бытовых пожаров, другие потенциальные возможности использования технологии устройства включают настройки лесных пожаров, автомобильные магазины, пожарные дроны или установку на крыше пожарной машины.

Дополнительным вариантом использования огнетушителя звуковых волн может быть космическое пространство, где пожар представляет собой огромную проблему. Поскольку традиционные огнетушители используются для распыления содержимого в невесомости во всех направлениях, очень сложно навести огонь на огонь. Но поскольку звуковые волны можно направлять без гравитации, использование низких частот может быть идеальным решением.

Ученики объяснили, что частотный диапазон, используемый в их технологии, находится в безопасном диапазоне — в отличие от акустических устройств, используемых для подавления беспорядков или других вредных способов, — полностью безопасен для людей и дикой природы.

После получения высшего образования Робертсон и Тран основали компанию Force SV, чтобы продолжить коммерческое развитие своего изобретения. В феврале 2019 года стал партнером ARSAC Technologies, Inc., чтобы внедрить эту технологию в несколько приложений.

в США продолжают изучать новые способы использования таких технологий, как акустическое пожаротушение и беспилотные дроны, чтобы найти креативные и эффективные способы борьбы с пожарами, расширения поисково-спасательных операций и, в конечном итоге, снижения риска как для пожарных, так и для населения.В пожарном депо простые в использовании программные инструменты для работы с пожаром могут аналогичным образом повысить эффективность и оставить больше времени для инноваций, обучения и улучшения качества. Для получения дополнительной информации о программном обеспечении, разработанном специально для пожарных, посетите eso.com/fire.

Звуковой огнетушитель Тушение пожара звуковыми волнами

Обычно пожар тушат с помощью воды или углекислого газа. Тушение огня с помощью звуковых басов звучит безумно. Но пара студентов-инженеров доказала это.Двое студентов-инженеров из Университета Джорджа Мейсона разработали необычный огнетушитель.

Звуковой огнетушитель нового поколения, который тушит пламя, играя только тяжелыми басами. По сравнению с другим химическим составом классических огнетушителей это изобретение предлагает самый чистый способ тушения огня.

Двум ученикам по имени Сет Робертсон и Вьет Тран пришла в голову идея тушения пожаров с помощью тяжелых басов. Они провели много исследований и разработали почти неразрушающий способ борьбы с пожарами.

Идея не нова. Ранее эту идею уже тестировало Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA). Но студенты — первые, кто превратили принцип в практический прием.

ЧИТАТЬ: Акустическая призма разделяет звук на составляющие частоты

Работа звукового огнетушителя:

Работает за счет глубоких басов. Громкий и глубокий бас дублирует музыку не только ушами, но и телом.Если ваша грудь не стучит, этого не происходит. Но нововведение этих инженеров немного отличается. Разработанный ими гаджет фокусирует звуковые волны в определенном направлении, а не распространяет их.

На самом деле звуковые волны могут управлять кислородом и горящим материалом. Если эти двое разделятся, огонь погаснет.

Sonex состоит из усилителя и картонного коллиматора для фокусировки звука.

в первую очередь протестировали устройство с разными звуковыми волнами на разных частотах.Они пришли к выводу, что все дело в низкочастотных басовых звуках от 30 до 60 Гц. Таким образом, глубокие басовые мелодии хип-хопа, даба, дабстепа, d & b, трэпа или грайма также подойдут для флейма.

Вьет Тран сказал: « В конце концов, я хотел бы, чтобы это применялось, возможно, к робототехнике роя, где они будут прикреплены к дрону, и это будет применяться к лесным пожарам или даже к пожарам, в которых вы не захотите жертвовать. человеческая жизнь. “

Неинвазивные попытки тушить пламя с помощью мощного акустического огнетушителя

В статье представлен инновационный метод тушения пламени с помощью мощного акустического огнетушителя.Этот метод позволяет эффективно и бесконтактно тушить пламя. Обсуждаются экспериментальные результаты, показывающие эффективность огнетушителя на разных расстояниях от источника пламени и разных частотах акустической волны. Статья завершается описанием преимуществ, недостатков и ограничений предлагаемого способа пожаротушения.

1 Введение

В течение многих лет ведется поиск эффективных методов пожаротушения.Традиционные методы тушения пожара основаны на прекращении подачи кислорода к горящей поверхности. К ним относятся порошковые огнетушители, традиционные водяные огнетушители и огнетушители CO ₂ [1, 2]. Несмотря на свою доказанную эффективность в борьбе с огнем, они несут реальную угрозу серьезному повреждению оборудования, установленного в помещениях. По этой причине современные пожарные ищут новые методы уменьшения ущерба, причиненного пожарными инцидентами [3,4,5,6,7,8].Можно потушить пламя с помощью акустической волны [9]. Принцип действия этого типа огнетушителя зависит от возмущения короны пламени. Турбулентность воздуха, возникающая из-за переменного акустического давления, нарушает непрерывность пламени и приводит к его тушению [10, 11]. На этом фоне интересны современные достижения в области анализа сигналов с использованием компьютерных методов и тушения пожаров с помощью дронов [12,13,14,15]. Описанная в статье технология пожаротушения также может быть использована в системах автоматизации для тушения пламени в случае пожара, в том числе в свободном пространстве.В настоящее время многие научные центры работают над использованием роботов в случае стихийных бедствий или обнаружения пламени [16, 17].

В 2007 году научно-популярная программа «Разрушители мифов» подтвердила эффективность тушения пламени с помощью акустических волн. Было обнаружено, что это может быть сделано, потому что звуковые волны достаточно разрушают воздух, чтобы погасить пламя [18]. В 2008 году Американское агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) запустило исследовательскую программу мгновенного пожаротушения (IFS), направленную на лучшее понимание природы звуковых волн с точки зрения их потенциального применения в военных целях.В 2012 году исследовательская группа разместила два динамика напротив друг друга, чтобы продемонстрировать эффективность процесса тушения в зависимости от звуковых параметров акустической волны [19]. Как показали исследования, эффективные испытания на пожаротушение проводились с использованием низкочастотных акустических волн [20]. Это связано с тем, что эффективность процесса тушения зависит от амплитуды колебаний воздуха. Еще одним параметром, определяющим эффективность процесса тушения, является акустическая мощность.

2 Предположения и теоретические основы

Основное предположение заключалось в создании огнетушителя, который создавал бы направленный акустический поток, способный тушить пламя. Это важно для повышения эффективности процесса тушения за счет увеличения дальности тушения и снижения необходимой акустической мощности. По этой причине необходима соответствующая акустическая система. Простейшими примерами этого являются трубка с закрытым концом и открытая трубка с круглым поперечным сечением, называемая волноводом [21].Принцип волновода заключается в усилении акустической волны в результате акустического резонанса. Этот резонанс возникает из-за отражения акустической волны внутри волновода. На определенной частоте (называемой резонансной частотой) возникает стоячая волна. Стоячая волна возникает в результате интерференции двух одинаковых волн, движущихся в одном направлении, но имеющих противоположные повороты. Распределение стоячих волн в закрытой торцевой трубе и открытой трубе показано на рисунке 1.

Рисунок 1

Распределение стоячей волны в волноводе для первого f ₁ и второго f _{2 резонансная частота} а) закрытая торцевая труба, б) открытая труба

Минимальные длины волн, необходимые для явления резонанса, различны.Это будет соответственно:

(1) λ1 = V4f

(2) λ2 = V2f

где λ ₁ — длина закрытой торцевой трубы, λ ₂ — длина открытой трубы, V — скорость воздуха, f — частота звука.

Можно заметить, что в трубке с закрытым концом требуемая длина волновода в два раза меньше [22, 23]. Это особенно важно по практическим соображениям — для низких частот требуется значительная длина волновода.Для генерации звуковой волны 20 Гц требуется, например: λ ₁ = 4,28 м для трубы с закрытым концом и λ ₂ = 8,57 м для открытой трубы.

По этой причине предыдущие попытки тушения пожара акустическими волнами предпринимались с трубкой с закрытым концом. Однако эти испытания проводились только с применением акустических огнетушителей малой мощности и малой дальности [24, 25]. Эти устройства имели небольшую дальность тушения и небольшую рабочую зону — по этой причине было необходимо создать инновационный огнетушитель большой мощности и большой дальности, чтобы реализовать потенциальные возможности этого метода тушения [26,27,28,29, 30].

3 Испытательная станция

Исследования влияния параметров акустической волны на эффективность тушения пламени проводились на испытательной станции, показанной на рисунке 2.

Рисунок 2

Схема экспериментальной установки 1) генератор сигналов, 2) усилитель мощности, 3) волновод, 4) громкоговоритель, 5) измеритель уровня звука, 6) источник пожара

Измерительная станция состоит из генератора сигналов произвольной формы Rigol DG4102, усилителя мощности Proel HPX2800, шумомера SVAN 979 и акустического гасителя.Для четкого определения влияния параметров акустической волны на процесс тушения использовалась горящая свеча. В отличие от рассеянного источника огня, который можно получить с помощью газовой чаши для костра, использование горящей свечи позволило четко определить процесс тушения. В экспериментах, проведенных с использованием газовой чаши для костра, можно было наблюдать, что, когда диффузное пламя не было полностью потушено, оно снова воспламенялось. По этой причине было решено, что для экспериментальных исследований больше подойдет точечный источник огня в виде горящей свечи.Высота пламени составляла около 2 см.

Акустический огнетушитель выполнен в виде загнутого конусообразного волновода с закрытым торцом прямоугольного сечения длиной 4,28 м — этот тип волновода использовался во всех экспериментах. В начале волновода был установлен громкоговоритель B&C 21DS115 номинальной мощностью 1700 Вт.

4 Результаты экспериментов

Экспериментальные исследования разделены на две основные части: определение основных параметров огнетушителя и тушение модельного очага пожара.

4.1 Определение параметров огнетушителя

Определение параметров акустического огнетушителя важно для обеспечения наиболее эффективной работы устройства в случае пожара. Были определены следующие параметры: кривая импеданса, кривая уровня звукового давления и характеристики направленности устройства.

a) Кривая импеданса

Кривая импеданса измерена в диапазоне 10–90 Гц. На основе кривой импеданса была указана рабочая частота.

С учетом рисунка 3 частота была установлена ​​на уровне 17,25 Гц. Минимальное сопротивление ( Z _мин = 11,4 Ом) огнетушителя было измерено на указанной частоте. На этой частоте диффузор динамика подвергался наибольшей акустической нагрузке, что значительно уменьшало амплитуду его колебаний. Это позволяет более эффективно использовать мощность динамика.

Рисунок 3

Кривая полного сопротивления огнетушителя

b) Кривая уровня звукового давления

Кривая импеданса измерялась в диапазоне 10–90 Гц по оси волновода.Точность измерения составляла 1 Гц. Расстояние шумомера от выхода волновода составляло 1 м. Огнетушитель питался от синусоидального напряжения 13 В RMS.

Рассматривая рисунок 4, мы можем заметить, что максимальный уровень звукового давления 103,1 дБ произошел при 17 Гц. Можно заметить, что эта частота, ранее определенная как рабочая частота, является оптимальным значением как для максимальной механической нагрузки на диффузор динамика, так и для акустической эффективности.

Рисунок 4

Кривая уровня звукового давления огнетушителя

c) Характеристики направленности

При проектировании устройств акустического пожаротушения необходимо определить их характеристики направленности.Эти характеристики позволяют оптимально расположить огнетушитель относительно очага пожара (концентрация акустического луча позволяет снизить необходимую акустическую мощность и габариты устройства пожаротушения) [31, 32]. Измерительная станция показана на рисунке 5.

Рисунок 5

Испытательная станция 1) выход волновода, 2) измеритель уровня звука

Условия измерения

Измерения проводились на открытом воздухе для трех разных расстояний шумомера: R = 2 м, R = 2.5 м и R = 3 м. Точность измерений составила Δ = 22,5 °. Интенсивность акустического фона во время измерения составила 64,7 дБ. Измерения проводились на рабочей частоте 17,25 Гц и мощности, подаваемой на динамик, 150 Вт.

На рисунке 6 показаны характеристики направленности для трех разных расстояний шумомера: R = 2 м, R = 2,5 м, R = 3 м. Видно, что огнетушитель излучает звук во всех направлениях, однако основной акустический поток излучается в оси волновода.Для получения одностороннего излучения потребуется построить волновод с длиной, равной длине волны.

Рисунок 6

Характеристики направленности для трех разных расстояний до шумомера: R = 2 м, R = 2,5 м, R = 3 м

4.2 Тушение типового очага пожара

Основной целью данного исследования было изучение влияния параметров акустической волны на эффективность пожаротушения. Измерительная станция показана на рисунке 7.

Рисунок 7

Испытательная станция 1) выход волновода, 2) источник пожара

Условия измерения

Исследования проводились в безветренных условиях на открытом воздухе. Попытки тушить пожар предпринимались по оси выхода волновода. Точность измерения 0,1 м. Интенсивность акустического фона во время измерения составила 64,7 дБ.

a) Влияние расстояния между источником пожара и выходом волновода на эффект тушения

Измерения проводились на трех частотах: 14 Гц, рабочая частота 17.25 Гц и 20 Гц синусоидальной волны.

Рассматривая рисунок 8, можно заметить, что наиболее эффективная частота волны тушения — это рабочая частота. Максимальная дальность тушения, полученная во время измерения, составила 1,2 м. Мощность, подаваемая на огнетушитель, составляла 1000 Вт. Более мощные испытания не проводились из-за ограничения мощности громкоговорителя и усилителя, номинальные параметры которых приведены в соответствии с инструкциями для музыкальных сигналов (стандарты AES).Еще одним ограничением, появившимся при попытках тушения, стала значительная амплитуда колебаний диафрагмы динамика, которая проявлялась (особенно) на частоте 14 Гц. Это можно наблюдать как на Рисунке 8, так и на Рисунке 9 (синие кривые) как ограниченный диапазон тушения — на 50 см наблюдалась значительная амплитуда вибрации диафрагмы динамика. Более высокая амплитуда колебаний наблюдалась также на частоте 22 Гц. Амплитуда колебаний была ниже, чем для 14 Гц.

Рисунок 8

Минимальная электрическая мощность, подаваемая на огнетушитель, вызывающая эффект тушения, в зависимости от расстояния от выхода волновода

Рисунок 9

Уровень звукового давления, вызывающий эффект тушения, в зависимости от расстояния от выхода волновода

Рассматривая рисунок 9, можно сделать вывод, что звуковое давление, обеспечивающее эффект тушения, находилось в диапазоне 120–130 дБ.Снижение уровня звукового давления, наблюдаемое с увеличением расстояния между пламенем и выходом волновода, вызвано перекрытием несовместимых по фазе реверберационных волн (отраженных от ограничивающих поверхностей измерительной области) и волн, непосредственно излучаемых огнетушителем. Это привело к колебаниям звукового давления, которые увеличивались с увеличением расстояния от выхода волновода. На частоте 17,25 Гц и расстоянии 110 см от выхода волновода уровень звукового давления неожиданно повысился.Это может быть результатом временного изменения атмосферных условий.

б) Влияние частоты звука на эффект тушения

Исследования влияния частоты звука на эффективность пожаротушения проводились для частот в диапазоне 14–21 Гц синусоидальной волны. Точность измерений составляла 1 Гц. Расстояние очага пожара от выхода волновода составляло 0,5 м.

Экспериментальное исследование разделено на две части:

• Измерение влияния частоты акустической волны на минимальную мощность тушения

• Измерение влияния частоты акустической волны на минимальное звуковое давление, вызывающее эффект тушения.

Результаты показывают, что частоты акустических волн в диапазоне 14–21 Гц способны тушить пламя.

Можно видеть, что с увеличением частоты акустической волны требуемая электрическая мощность, подаваемая на огнетушитель, также увеличивается, как показано на рисунке 10. Самая низкая мощность тушения 125 Вт была измерена при 14 Гц, а самая высокая 350 Вт при 20 Гц.

Рисунок 10

Минимальная электрическая мощность, подаваемая на огнетушитель, вызывающая эффект тушения, в зависимости от частоты звука

Минимальное звуковое давление при тушении увеличивается со 116 дБ для 14 Гц до 125 дБ для 20 Гц, как показано на Рисунке 11.Видно, что кривые мощности и звукового давления имеют локальный максимум, который можно измерить вблизи рабочей частоты.

Рисунок 11

Минимальное звуковое давление, вызывающее эффект тушения, в зависимости от частоты звука

Также видно, что кривые мощности и звукового давления похожи по форме. Это связано с тем, что оба этих значения были измерены при одних и тех же попытках тушения. Кроме того, уровень звукового давления логарифмически зависит от мощности, подаваемой на динамик.

5 Выводы

Экспериментальные исследования подтвердили эффективность инновационного акустического огнетушителя при борьбе с пожарами. Основное предположение о том, что переменное звуковое давление может вызвать турбулентность, нарушающую фронт пламени и приводящую к его расширению, подтвердилось. Использование более высокочастотных акустических волн привело к увеличению электрической мощности, подаваемой на огнетушитель, вызывая эффект тушения. Акустические волны более низких частот более подходят, потому что они вызывают более высокую амплитуду колебаний пламени и, следовательно, имеют более высокую эффективность тушения.Во время испытаний на пожаротушение самая низкая из протестированных частот, 14 Гц, показала самую высокую эффективность пожаротушения. Тогда необходимая электрическая мощность, подаваемая на огнетушитель, была самой низкой. Поэтому представляется целесообразным создавать устройства акустического пожаротушения с минимально возможными рабочими частотами. Однако для генерации волны с частотой в несколько герц требуется использование гораздо более длинного волновода, что затрудняет практическую реализацию. Предельная частота акустической волны, выше которой было трудно наблюдать явление тушения пламени, составляла 22 Гц.Использование акустических волн более высокой частоты дает некоторые преимущества. Один из них — большая концентрация акустического луча, которая появляется по мере увеличения частоты акустических волн. Затем звук становится более направленным, что напрямую увеличивает эффективную дальность тушения. Второй — это ограничение размера огнетушителя, что особенно важно в контексте мобильных приложений. Более того, экспериментальные исследования показали, что акустические волны более высоких частот, несмотря на их преимущества, требуют большей электроэнергии, подаваемой на огнетушитель.Наблюдалась корреляция между увеличением требуемой мощности, подаваемой на громкоговоритель, с увеличением частоты — это можно увидеть на Рисунке 8.

Экспериментальные исследования также показали, что огнетушитель излучает звук во всех направлениях, однако основной акустический поток расположен на оси волновода. Рассеивание акустического луча ограничивает дальность эффективного тушения пожара. Максимальное расстояние с полной эффективностью тушения (1,2 м) было измерено при рабочей частоте 17.25 Гц.

Значительные размеры устройств пожаротушения, изготовленных с использованием этой технологии, и незатронутое воздействие инфразвука такой высокой интенсивности на здоровье спасателей и пострадавших ограничивают сферу потенциального применения. По этой причине технология пожаротушения с использованием акустических волн могла бы стать элементом, обеспечивающим безопасность серверных или производственных цехов в качестве стационарных систем пожаротушения.

Устройство может использоваться для тушения пожаров разных классов, так как акустические волны проникают как в твердые тела, так и в жидкости и газы.В настоящее время его можно использовать при пожарах классов B и C, когда горят газы или жидкости. Однако вряд ли он будет столь же эффективным в случае твердого пламени, так как пламя может снова воспламениться из-за отсутствия поглощения тепла изнутри материала.

Чтобы ответить на все возможные вопросы по применению технологии акустического пожаротушения, необходимо провести испытания устройств с гораздо большей мощностью и разными рабочими частотами — не только на одном, 17.25 Гц, как было показано в этой статье. Это позволит определить пределы диапазона действия как в контексте возможных приложений, так и определить влияние низкочастотных акустических волн на организм человека. Второй важный вопрос — определить влияние таких низкочастотных волн на строительные конструкции. Риск, который здесь возникает и который необходимо проверить — как резонансные колебания стен или окон могут способствовать повреждению или разрушению здания? — на данный момент не ведется.

Авторы выражают благодарность компании «Ekohigiena Aparatura Ryszard Putyra Sp.J.», ул. Стшелецка 19, 55–300 Срода-Слёнска, Польша за поддержку в проведении исследования.

Список литературы

[1] Дж. Дженсен, COW1 AS. Средства ручного пожаротушения для защиты наследия. Норвежское управление культурного наследия и Королевский принтер Шотландии, Осло, 2006 г., Норвегия. Искать в Google Scholar

[2] В. Лобойченко, В. Стрелец, М.Гурбанова, А. Морозов, П. Ковалов, Р. Шевченко, Т. Ковалова, Р. Пономаренко. Обзор экологических характеристик огнетушащих веществ разного состава, применяемых для тушения пожаров разного класса. Журнал технических и прикладных наук, 14 (16), стр. 5925–5941. DOI: 10.36478 / jeasci.2019.5925.5941. Искать в Google Scholar

[3] К. Радван, Дж. Раковска. Analiza skuteczności zastosowania wodnych roztworów mieszanin koncentratów pianotwórczych do gaszenia pożarów cieczy palnych.(Анализ эффективности применения водных растворов пенообразующих концентратов для тушения пожаров легковоспламеняющихся жидкостей, PL), Przemysł Chemiczny, Vol. 90 (12), стр. 2118–2121 (2011). Искать в Google Scholar

[4] Twardochleb, A. Jaszkiewicz, I. Szwach, K. Prochaska. Aktywność powierzchniowa, pianotwórczość oraz biodegradowalność surfaktantów stosowanych w pianotwórczych środkach gaśniczych. (Поверхностная активность, пенообразующая активность и способность к биологическому разложению поверхностно-активных веществ, используемых в пенообразователях пожаротушения, PL), Przemysł chemiczny, vol.90 (10), стр. 1802–1807 (2011). Искать в Google Scholar

[5] W. Wnęk, P. Kubica, M. Basiak. Standardy projektowania urządzeń gaśniczych tryskaczowych — porównanie głównych Paratrów. (Нормы проектирования систем пожаротушения — сравнение основных параметров, PL), Bezpieczeństwo I Technika Pożarnicza, vol. 27 (3), стр. 83–96, (2012). Искать в Google Scholar

[6] J. Rakowska, Z. losorz. Korozja instalacji gaśniczych i armatury pożarniczej. (Коррозия систем пожаротушения и арматуры, PL), Bezpieczeństwo I Technika Pożarnicza, vol.4. С. 113–120 (2011). Искать в Google Scholar

[7] Р. Т. Сай, Г. Шарма. Звуковой огнетушитель. Pramana Research Journal, том 8, стр. 337–346 (2017). Искать в Google Scholar

[8] А. Н. Фридман, Дж. Хьюз, П. И. Данис, Г. Дж. Фиола, К. А. Барнс, С. И. Столяров. Акустически усиленное подавление пламени, заправляемого гептаном, водяным туманом. Пожарная техника, 54, стр. 1829–1840. DOI: 10.1007 / s10694-018-0777-0. Искать в Google Scholar

[9] П. Негодаев, К. Грушка, Р.Гнатовска, М. Шофер. Применение акустических колебаний для тушения пламени при наличии препятствия. XXIII конференция по механике жидкости (ККМП 2018), IOP Conf. Серии Journal of Physics (Conf. Series 1101/2018). DOI: 10.1088 / 1742-6596 / 1101/1/012023. Искать в Google Scholar

[10] T. Węsierski, S. Wilczkowski, H. Radomiak. Wygaszanie processu spalania przy pomocy fal akustycznych. (Тушение процесса горения с помощью акустических волн, PL), Bezpieczeństwo i Technika Poarnicza, vol.30 (2), стр. 59–64 (2013). Искать в Google Scholar

[11] Х. Радомяк, М. Мазур, М. Зайемска, Д. Мусял. Gaszenie płomienia dyfuzyjnego przy pomocy fal akustycznych. (Тушение диффузионного пламени с помощью акустических волн, PL), Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza, vol. 40 (4), стр. 29–38, (2015). Искать в Google Scholar

[12] Б. Рагхотаман, Д. А. Линебаргер, Д. Бегушич. Новый метод адаптивной фильтрации области преобразования низкого ранга. IEEE Transactions on Signal Processing, vol.48 (4) (2000). Искать в Google Scholar

[13] М. Михель, Д. Новак, С. Бегуш. Технология и приложения виртуальной реальности, часть серии книг «Интеллектуальные системы, управление и автоматизация: наука и техника». ISCA, т. 68. DOI: 10.1007 / 978-94-007-6910-6. Искать в Google Scholar

[14] Н. Недев, З. Ненова, С. Иванов. Виртуальные приборы для измерения влажности и температуры. 2014 Высшее образование и обучение на основе информационных технологий. Искать в Google Scholar

[15] стр.Миклавчич, М. Видмар, Б. Батагель. Патч-монопольный моноимпульсный источник питания для глубоких отражателей, Электроника. т. 54 (24), стр. 1364–1366 (2018). Искать в Google Scholar

[16] Л. Шерич, Д. Стипаницев, Д. Крстинич. ML / AI в интеллектуальной сети наблюдателей за лесными пожарами. Конференция 3-я Международная конференция EAI по управлению производственными системами. Искать в Google Scholar

[17] М. Иванова, С. Иванов, Г. Вилк-Якубовский, Р. Харабин. Прогресс робототехники в антикризисном управлении: обзор литературы.Европейский журнал туристических исследований, 2020/2021. Искать в Google Scholar

[18] Разрушители мифов. Голосовой огнетушитель. Эпизод 76 (2007). Искать в Google Scholar

[19] Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов. Звуковой огнетушитель DARPA. https://www.extremetech.com/extreme/132859-darpa-creates-sound-based-fire-extinguisher. Искать в Google Scholar

[20] Г. Мейсон. Два студента инженерного факультета изобрели звуковой огнетушитель. Университет Вирджинии (2017 г.), https: // интересная инженерия.com / два студента инженерного факультета изобрести звуковой огнетушитель. Искать в Google Scholar

[21] А. Нога. Przegląd obecnego stanu wiedzy z zakresu techniki infradźwiękowej i możliwości wykorzystania fal akustycznych do oczyszczania urządzeń energetycznych. (Обзор современного состояния, улучшения энергетических технологий, возможности использования акустических волн в области акустических технологий для получения энергии в области инфразвукового оборудования) , т. 1. С. 225–234 (2014). Искать в Google Scholar

[22] А.Ендрусина, А. Нога. Wykorzystanie generatora fal infradźwiękowych dużej mocy do oczyszczania z osadów powierzchni grzewczych kotłów energetycznych. (Использование мощного генератора инфразвуковых волн для очистки поверхностей нагрева энергетических котлов от отложений, PL), Piece Przemysłowe & Kotły, vol. 2012. С. 11–12. С. 30–37. Искать в Google Scholar

[23] Ф. Хаусдорф. Podręcznik budowy zestawów głośnikowych. (Руководство по проектированию акустических систем, PL), VISATON, Познань (1996). Искать в Google Scholar

[24] А.С. Шаран, С. Аканкш, Р.К. Мохан Рам, Х. Р. Уттунга. Разработка переносного огнетушителя на акустических волнах. проект № 39_BE_1977, http://www.kscst.iisc.ernet.in/spp/39_series/SPP39S/02_Exhibition_Projects/196_39S_BE_1977.pdf. Искать в Google Scholar

[25] К. Бон-Ён, Б. Мён-Джин, Б. Сон-Геон. Исследование пригодности звукового огнетушителя в воздуховоде. Международный журнал прикладных инженерных исследований, ISSN 0973-4562, т. 12. (24). С. 15796–15800 (2017).Искать в Google Scholar

[26] С. Иванов, С. Станков, Ю. Вилк-Якубовски, П. Ставчик. Использование глубоких нейронных сетей и акустических волн, модулированных треугольной формой волны, для тушения пожаров. Международный семинар по новым подходам к многомерной обработке сигналов NAMSP 2020, Софийский технический университет, София, Болгария, 09–11 июля 2020 г. Поиск в Google Scholar

[27] Дж. Вилк-Якубовски, П. Ставчик, С. Иванов, С. Станков. Управление акустическим огнетушителем с помощью Deep Neural Networks для обнаружения пожара.Опубликовано в: Электроника и Электротехника, 2020/2021. Искать в Google Scholar

[28] Дж. Вилк-Якубовски, П. Ставчик, С. Иванов, С. Станков. Мощный акустический огнетушитель с платформой искусственного интеллекта. Представлено для публикации в: International Journal of Computational Vision and Robotics, 2020/2021. Искать в Google Scholar

[29] Дж. Вилк-Якубовски, П. Ставчик, С. Иванов, С. Станков. Использование глубоких нейронных сетей и естественных механизмов распространения акустических волн для тушения пламени.Представлено для публикации в: International Journal of Computational Vision and Robotics, 2020/2021. Искать в Google Scholar

[30] J. Wilk-Jakubowski. Тушение пламени с использованием низкочастотных синусоидальных акустических волн и метода частотной развертки — Разбор отдельных случаев. Представлено для публикации в: Journal of Electrical Engineering — Elektrotechnický časopis, 2020/21. Искать в Google Scholar

[31] К. Мён-Сук, Б. Мён-Джин. Исследование огнетушителя со звуком.Международный информационный институт, ISSN 1343-4500, т. 20 (6A), стр. 4055–4062 (2017). Искать в Google Scholar

[32] Ю. Ын-Ён, Б. Мён-Джин. Исследование направленности звукового огнетушителя при электрическом пожаре. Письмо об исследовании конвергенции мультимедийных услуг, конвергентных с искусством, гуманитарными науками и социологией, ISSN 2384-0870, т. 3 (4), с. 1449–1452 (2017). Искать в Google Scholar

Получено: 2020-06-19

Принято: 2021-01-03

Опубликовано в Интернете: 2021-01-29

© 2021 Paweł Stawczyk et al., опубликовано De Gruyter

Это произведение находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Безводный и не содержащий химикатов огнетушитель звуковой волны

Этот экспериментальный огнетушитель, использующий низкочастотные звуковые волны для тушения пламени, разработан старшими инженерами Университета Джорджа Мейсона Вьет Траном и Сетом Робертсоном. Смотрите, как они накачивают басы, чтобы погасить пламя. Номер телефона The Guardian:

Основная концепция, по словам Тран, заключается в том, что звуковые волны также являются «волнами давления и вытесняют часть кислорода», когда они движутся по воздуху.Кислород, как мы все помним из школьной химии, питает огонь. На определенной частоте звуковые волны «отделяют кислород от топлива». Волна давления движется вперед и назад, и это волнует там, где находится воздух. Этого места достаточно, чтобы огонь не вспыхнул снова ».

Итак, начался метод проб и ошибок. Они поместили пылающий медицинский спирт рядом с большим сабвуфером и обнаружили, что, по крайней мере, с музыкальной точки зрения, дело не только в басах. «Музыка плохая, — сказал Робертсон, — потому что она непостоянна.”

Они попробовали сверхвысокие частоты, такие как 20 000 или 30 000 Гц (герц или циклов в секунду), и увидели, как пламя вибрирует, но не гаснет. Они опустили его низко, и на диапазоне от 30 до 60 Гц пожары начали гаснуть.

Хотя технология еще не согласована или тщательно протестирована, эта концепция может изменить правила игры: представьте себе безопасность пожарных, когда дроны, оснащенные звуковой волной, могут потушить горящее здание.Представьте, что вам не нужно использовать токсичные химические вещества, которые в настоящее время используются в огнетушителях. Представьте себе безводные огнетушители для тушения лесных пожаров во время засухи. Возможны ли подобные решения?

Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) стремилось к немедленному тушению пожара еще в 2008 году, но машина 2011 года, указанная выше, была непригодна для повседневных чрезвычайных ситуаций. Теперь обладатели предварительных патентных заявок Робертсон и Тран продолжают совершенствовать свое портативное и потенциально дешевое изобретение для пожаротушения.

«Инженерное дело — это просто поиск решений сложных проблем… Инжиниринг — это поиск способа сделать невозможное возможным…»

через @Tinybop.

TKSST рекомендует…

Эта отмеченная наградами видеоколлекция Уэбби существует, чтобы помочь учителям, библиотекарям и семьям пробудить в детях интерес и любопытство.TKSST предлагает более интеллектуальный и значимый контент, чем тот, который обычно обслуживается алгоритмами YouTube, и расширяет круг авторов, создающих этот контент.

Отобранные, адаптированные для детей, независимо изданные. Поддержите эту миссию, став постоянным членом сегодня.

Видео: Огнетушитель Darpa «Wall-of-Sound»

Darpa демонстрирует новую систему, которая может тушить пламя, используя только звук. Это часть программы «Мгновенное тушение пожара» оборонного агентства США.

в Агентстве перспективных исследовательских проектов Министерства обороны (Darpa) опубликовали видео вместе с подробностями о том, как этот метод был реализован в своих лабораториях еще в декабре 2011 года. можно контролировать, усиливая акустическое поле. Звук увеличивает скорость воздуха, который затем сужает область пламени, в которой происходит горение, известную как граница пламени. Как только граничная область истончается, пламя легче погасить.В то же время акустика нарушает работу резервуара с горючим и создает более сильное испарение топлива — это расширяет пламя, истончает его, поэтому оно становится менее концентрированным и достаточно холодным, чтобы погаснуть.

Более того, звук даже не должен быть оскорбительно громким, чтобы достичь всего этого.

«Мы показали, что физика горения по-прежнему преподносит нам сюрпризы», — прокомментировал в своем заявлении менеджер Darpa Мэтью Гудман. «Возможно, эти результаты послужат толчком к новым идеям и приложениям в исследованиях горения.»

Управление огнем с помощью звука — не новый трюк. В 1900-х годах немецкий физик Генрих Рубенс продемонстрировал эту технику, используя отрезок трубы с пробитыми наверху отверстиями. Один конец был запломбирован с помощью прикрепленного звукового динамика, а другой запломбирован и закреплен с помощью подачи газа. После зажигания газа, вытекающего из одного из отверстий, и изменения частоты излучаемого звука, высотой пламени можно было управлять.

Darpa, однако, сначала объявила о своих планах по исследованию жизнеспособности электромагнетизма и звуковые волны при тушении пожара только в 2008 году, заявив, что «несмотря на обширные исследования в этой области, почти 50 лет не было никаких новых методов тушения и / или управления огнем.»

Проект мгновенного пожаротушения был специально запущен для разработки новых способов борьбы с пожарами в закрытых помещениях, таких как кабины самолетов и корабельные трюмы, где пожары, очевидно, разрушительны и невероятно трудно контролировать.

Предпосылка исследования заключается в том, что , поскольку для поддержания пламени требуется стабильная подача холодной плазмы, управление потоком холодной плазмы могло бы стать ответом на более эффективные методы пожаротушения.

После двух лет исследований состава и химического состава холодной плазмы компания Darpa опубликовала подробные сведения о ее первая история успеха в январе 2012 г. (см. видео сразу выше).Используя стержневое электродное устройство, помещенное в керамическое стекло, которое по иронии судьбы выглядит как кухонная зажигалка, команда успешно тушила и изгибала пламя от газовых и топливных пожаров, но только в небольшом масштабе в 10 квадратных сантиметров. Электрическое поле, которое он излучает, достигло этого за счет создания «ионного ветра», который «смещает зону горения от источника топлива».

Способность сгибать пламя может показаться очень крутым, но в конечном итоге бесполезным методом тушения пожара, однако система пригодится, когда огонь выходит из-под контроля в замкнутых пространствах — пламя можно перенаправить, чтобы обеспечить безопасный проход, если они не могут погаснуть полностью.