烟雾由于强烈的遮光性,是室内火灾中的首要致命因素,然而目前尚无有效控制火灾烟雾的手段。声波团聚技术是一种快速有效的气溶胶处理技术,通过施加声场,使颗粒之间发生相对运动而碰撞、团聚,从而减少颗粒数目浓度。该技术应用于火灾烟雾时,可以迅速减弱其消光系数,增加火场可见度,为人员逃生提供保障。首先,进行了声波团聚对消除多种建筑材料火灾烟雾的实验研究,尤其对于聚苯乙烯火灾烟雾而言,当声波频率为1.5 kHz、声压级为141 dB时,声波可以在0.5 min时间内将透光度从初始的24%提高到75%,2 min后几乎完全透明。该过程对声波频率是非常敏感的,存在最佳团聚频率,表明其直接的控制机理为同向团聚,对于本文1μm左右粒径的烟雾,1.5 kHz频率是合适的。团聚过程是高耗能过程,因此效率与声功率影响密切。另外,初始浓度越高,消除效果越好,但是到后期基本一致。初步验证了声波团聚技术消除火灾烟雾的可行性。其次,某些火灾过程会有大量超细液滴生成,因此本文同时对超细液滴气溶胶声波团聚进行了实验研究,探究了频率、声功率及初始浓度对团聚效果的影响规律。结果表明,在频率为6 kHz、声压级为148 dB的声场中,液滴颗粒发生了快速团聚,10 s内气溶胶透光率从0%提高到90%,质量浓度减少99%。频率是声波团聚的重要操作参数,针对本文使用的超细液滴,最优团聚频率为6kHz,其次为1.5 kHz。分析认为,低频时,声流作用明显,是液滴团聚的重要因素之一;高频时,声波尾流效应逐步增强,是主要的控制机理。声功率增大,团聚效率相应增加,但超过9 W时,团聚效率增长减缓,原因是高声强时团聚室内二次声效应增大。另外,液滴气溶胶初始浓度越高,声波团聚速率越快,且最终团聚效率也更高。最后,提出了声涡团聚机理,并对其中的一些影响因素给予了定性分析。当声压级小于130 dB以下时,气体介质的轨道角动量较小,不能驱动颗粒发生旋转,随着声压级的提高,气体介质携带的轨道角动量越来越大,团聚室内的气溶胶颗粒均在角动量的作用下发生圆周和自旋运动。低频时,声涡的相位分布半径较大,声涡力矩较小,颗粒在声场中倾向于作半径比较大的圆周运动。而高频时,恰恰相反,声涡的相位分布半径较小,声涡力矩较大,颗粒在声场中倾向于作半径比较小甚至无半径的自旋运动,因此高频更适合于粒径较小的颗粒。此外,波腹相比于波节具有更高的气体流速,因而具有较高的轨道角动量,进而驱使气溶胶更快发生团聚。