ผลกระทบของสเวิร์ลนัมเบอร์ต่อคุณลักษณะการผสม ของเจ็ตร้อนที่หมุนควงในกระแสลมทวน

Abstract

ศึกษาคุณลักษณะการไหลของเจ็ตร้อนที่หมุนควงในกระแสลมทวน ซึ่งมุ่งเน้นที่ผลกระทบของความเร็วในการหมุนควงต่อคุณลักษณะการผสมของเจ็ต โดยใช้ค่า Swirl ratio (Sr) เป็นตัวบ่งชี้ถึงระดับการหมุนควง สำหรับเจ็ตร้อนที่หมุนควงนั้นได้จากการเป่าอากาศร้อนผ่านชุดท่อหมุน ซึ่งภายในบรรจุ Honeycomb ทำให้การไหลมีความเร็วตามแนวสัมผัสของเจ็ตที่ขอบปากเจ็ตและผลรวมของค่า Circulation รอบปากเจ็ตไม่เป็นศูนย์ ในการทดลองได้วัดการกระจายตัวของอุณหภูมิโดยเฉลี่ย บนระนาบหน้าตัดตั้งฉากกับทิศทางการไหลของเจ็ตที่ตำแหน่งต่างๆ ตามแนว Downstream เพื่อศึกษาคุณลักษณะการผสมเฉพาะหน้าตัดและคุณลักษณะการผสมโดยรวม โดยทดลองที่อัตราส่วนความเร็วประสิทธิผลคงที่ที่ 4.62 และเปลี่ยนค่า Swirl ratio เพื่อศึกษาผลของการหมุนควงทั้งหมด 4 ค่าคือที่ Swirl ratio เท่ากับ 0 (กรณีที่เจ็ตไม่มีการหมุนควง), 0.11, 0.22 และ 0.33 และที่ค่าเรย์โนลด์นัมเบอร์ของเจ็ตประมาณ 10,000สำหรับผลการทดลองดังกล่าวได้นำมาเปรียบเทียบกับผลการทดลอง ในกรณีการไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระ ซึ่งได้ทำควบคู่กันไปเพื่อใช้เป็นกรณีพื้นฐานสำหรับการเปรียบเทียบ จากผลการทดลองในกรณีการไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระพบว่า การหมุนควงจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผสมของเจ็ตให้ดียิ่งขึ้น โดยเจ็ตจะมีการกระจายตัวเพิ่มขึ้น และมีอุณหภูมิตามแนวแกนลดลงอย่างรวดเร็วขึ้น เมื่อการไหลมีระดับการหมุนควงเพิ่มขึ้น แต่การหมุนควงจะไม่ส่งผลให้รูปร่างการกระจายตัวของเจ็ต เกิดการเปลี่ยนแปลงมากนัก โดยในกรณีที่มีการหมุนควง เจ็ตจะมีรูปร่างการกระจายตัวที่มีลักษณะค่อนข้างกลม และมีความสมมาตรเช่นเดียวกับการไหลในกรณีที่ไม่มีการหมุนควง สำหรับผลการทดลองในกรณีการไหลแบบเจ็ตหมุนควงในกระแสลมทวนพบว่า การหมุนควงจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผสมของเจ็ตในกระแสลมทวนให้ดียิ่งขึ้น โดยทำให้การไหลแบบเจ็ตในกระแสลมทวนมีการกระจายตัวเพิ่มขึ้น มีอุณหภูมิตามแนวแกนลดลงได้รวดเร็วขึ้น และมีระยะ Penetration depth สั้นลง เมื่อการไหลมีระดับการหมุนควงเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่า การหมุนควงจะไม่ส่งผลต่อรูปร่างการกระจายตัวเฉลี่ย ของการไหลแบบเจ็ตหมุนควงในกระแสลมทวน ซึ่งได้ผลเช่นเดียวกับการไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระ อย่างไรก็ตามเมื่อพิจารณาผลของการหมุนควงในการไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระ เปรียบเทียบกับในการไหลแบบเจ็ตหมุนควงในกระแสลมทวนพบว่า การหมุนควงจะส่งผลต่อการไหลแบบเจ็ตอิสระมากกว่า การไหลแบบเจ็ตในกระแสลมทวน โดยเมื่อเพิ่มระดับการหมุนควงในปริมาณที่เท่ากันแล้ว การไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระจะมีการลดลงของอุณหภูมิตามแนวแกนมากกว่า ซึ่งสังเกตได้จากในกรณีการไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระจะมีระยะทางในการสลายตัวของอุณหภูมิหดสั้นลงได้มากกว่าในกรณีการไหลแบบเจ็ตหมุนควงในกระแสลมทวน โดยเมื่อเพิ่มระดับการหมุนควงจาก Swirk ratio เท่ากับ 0 (ไม่มีการหมุนควง)เป็น 0.33 นั้น การไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระจะมีระยะที่อุณหภูมิส่วนเกินที่แกนเจ็ตลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของอุณหภูมิส่วนเกินทั้งหมด ((ระยะที่ C [subscript T]=0.5) สั้นลงประมาณ 27% ในขณะที่การไหลแบบเจ็ตหมุนควงในกระแสลมทวนจะมีระยะที่ C [Subscript T] =0.5 สั้นลงไปเพียง 17 % เท่านั้น นอกจากนี้ในการศึกษาวิจัยในกรณีการไหลแบบเจ็ตหมุนควงในกระแสลมทวนยังพบว่า ระยะ Penetration depth (X [Subscript P] กับค่า Swirl ratio (Sr) จะมีความสัมพันธ์กันประมาณเป็นฟังก์ชันพาราโบลา ตามสมการ X [Subscript p]/d = -10.33 Sr [Superscript 2] - 2.5 Sr + 12.63 โดยที่ d คือ เส้นผ่านศูนย์กลางปากเจ็ต