Gaszenie płomienia dyfuzyjnego przy pomocy fal akustycznych

Cel: W artykule przedstawiono możliwości wygaszania płomienia dyfuzyjnego za pomocą fal akustycznych. Wyznaczono krytyczną wartość częstotliwości oraz graniczną moc akustyczną, przy których zachodzi zjawisko wygaszenia płomienia. Metody: Na potrzeby realizacji zamierzonego celu niezbędne było skonstruowanie stanowiska umożliwiającego generowanie fal akustycznych w kierunku palnika. Stanowisko wyposażono w generator częstotliwości oraz wzmacniacz sygnału, głośnik o niskim paśmie przewodzenia, falowód, a także mierniki: napięcia, natężenia i częstotliwości. Pomiaru ciśnienia akustycznego w miejscu usytuowania płomienia dokonano za pomocą sondy Culite. Sonda jest skonstruowana na zasadzie mikrofonu z bardzo czułą membraną, elektrodą oraz kondensatorem. Zmiana ciśnienia w ośrodku powoduje minimalne przesunięcie membrany, co w konsekwencji powoduje zmiany w poziomie naładowania kondensatora. Poziom ten jest rejestrowany jako zmiana napięcia przepływającego przez układ. Wartości tego napięcia obserwuje się na ekranie systemu pomiarowego, co pozwala na przeliczenie ich na wartości ciśnienia, uwzględniając zakres pracy systemu pomiarowego. Ponadto wykonano wizualizację przebiegu procesu wygaszania płomienia za pomocą aparatu smugowego. Jest to idealna metoda graficznego dokumentowania wyników badań prowadzonych nad procesami spalania, gdzie niedostateczne oświetlenie wyciemnionego otoczenia nie pozwala na prawidłowe zobrazowanie tradycyjnymi metodami, zaś przy otoczeniu oświetlonym zachodzi nieoddanie całej struktury płomienia na zdjęciu, wywołane mocnym światłem emitowanym przez płomień. Wyniki: Przeprowadzone badania dowiodły, że dla danej wartości mocy cieplnej płomienia możliwe jest jego wygaszenie za pomocą szerokiego spektrum częstotliwości krytycznej (35 ÷ 155 Hz) oraz poziomu mocy granicznej poniżej 30 W. Zdolność gaśniczą oszacowano, wyznaczając współczynnik skuteczności gaszenia płomienia – dla wartości 35 ÷ 45 Hz mieściła się ona w przedziale od 35 do 155 Hz. Ponadto wyznaczono graniczną wartość ciśnienia akustycznego (zakres 45 ÷ 55 Pa), poniżej której zjawisko wygaszania płomienia było praktycznie niezauważalne. Wnioski: Przedstawiona metoda gaszenia płomienia umożliwia, poprzez zadziałanie falą akustyczną o odpowiedniej częstotliwości, całkowite wygaszenie płomienia. Fakt ten potwierdzają uzyskane w ramach eksperymentów wyniki, jak również przeprowadzona wizualizacja za pomocą aparatu smugowego.

Aim: The paper presents the feasibility of extinguishing a diffusion flame with the aid of acoustic waves. The study includes an assignment of critical frequency values and the acoustic force limit, the point at which a flame is extinguished. Methods: In order to achieve the desired aim, it was necessary to construct a test stand, to facilitate the generation of acoustic waves in the direction of a burner. The experimental stand was equipped with a frequency generator and amplifier, speaker with a low frequency band, waveguide and voltage strength and frequency meters. Measurement of sound pressure at the flame location was performed using a Culite probe. The probe was constructed on the principle of a microphone, using a very sensitive membrane, electrode and capacitor. Changing the pressure within the probe resulted in a minimal displacement of the membrane, which in turn caused changes to the charge level of the capacitor. This level was recorded as a change in the voltage flowing through the system. The voltage value was revealed on the screen of the measuring device, which allowed for the calculation of pressure values, taking into account the operating range of the measuring device. Additionally, extinguishing of the flame was observed visually with the aid of Schlieren imagery apparatus. This is considered to be an ideal method for graphical recording of research results associated with the combustion processes where insufficient lighting of a dim environment does not allow for proper imaging, using traditional methods. Whereas, in ambient lit conditions it is not possible to reveal the entire structure of the flame because of strong light emitted by the flame. Results: Studies reveal that for a given value of flame thermal power it is possible to extinguish a flame with the use of a wide spectrum of critical frequency (35 ÷ 155 Hz) and force limit level below 30 W. Extinguishing ability was estimated by assigning a flame extinguishing effectiveness ratio; for the value of 35 ÷ 45 Hz it was within the range between 35 to 155 Hz. Additionally, the sound pressure level limit value (range of 45 ÷ 55 Pa) was assigned, below which the flame extinguishing activity was virtually unnoticeable. Conclusions: The described flame extinguishing technique allows for the total extinguishing of flames with the aid of generated sound waves at an appropriate frequency. This is confirmed by results from research experiments and visual observation, using Schlieren imagery apparatus.