การจำลองเชิงตัวเลขของเจ็ตสองมิติในกระแสขวางโดยใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์วอลุม

Abstract

นำเสนอการใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์วอลุมเพื่อคำนวณการไหลแบบปั่นป่วนของเจ็ตสองมิติในกระแสขวาง โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อจำลองรูปแบบการระบายอากาศ การฟุ้งกระจายของฝุ่นหรือสสารจาก Slot jet ซึ่งสามารถพิจารณาในรูปสองมิติได้ โดยพิจารณาจากวิถีการเคลื่อนที่ของเจ็ต (Jet trajectory) ความเข้มข้นของปริมาณสเกลาร์ (Scalar concentration) และพฤติกรรมการไหลบริเวณใกล้ทางออกของเจ็ต แบบจำลองความปั่นป่วนที่เลือกใช้คือ แบบจำลอง Standard k-ε และ Low-Reynolds number k-ε โดยพารามิเตอร์ที่พิจารณาคือ อัตราส่วนความเร็วของกระแสเจ็ตต่อกระแสขวาง (R) ทั้งในส่วนที่ค่า R < 1 และค่า R > 1 นอกจากนี้ ผลลัพธ์จากโปรแกรมซึ่งคำนวณในสองมิติได้ถูกนำไปเปรียบเทียบกับการไหลของเจ็ตในสามมิติหรือ Round jet ที่ตำแหน่งระนาบสมมาตรตรงจุดกึ่งกลางเจ็ต เพื่อเปรียบเทียบคุณลักษณะบางประการที่มีพฤติกรรมใกล้เคียงกัน และนำไปสู่การพัฒนาโปรแกรมต่อไป ผลลัพธ์ที่ได้จากโปรแกรมคอมพิวเตอร์ชี้ให้เห็นว่า ค่า R ที่เพิ่มขึ้นทำให้มีการกระจายตัวที่เพิ่มขึ้นของปริมาณสเกลาร์ด้านหลังทางออกของเจ็ต นอกจากนี้รัศมีความโค้งของวิถีการเคลื่อนที่ของเจ็ตและเส้นศูนย์กลางการเคลื่อนที่ของปริมาณสเกลาร์ก็เพิ่มมากขึ้นเช่นกัน โดยที่ปริมาณ สเกลาร์จะมีรัศมีความโค้งต่ำกว่าวิถีการเคลื่อนที่เล็กน้อย ในกรณีที่ R > 1 ปริมาณสเกลาร์กระจายตัวได้กว้างตามขนาดการไหลวน แต่ปริมาณที่มีค่าสูงจะอยู่เฉพาะใกล้เคียงบริเวณปากทางออกเจ็ตเท่านั้น ในทางตรงกันข้ามเมื่อค่า R < 1 ปริมาณสเกลาร์ที่มีค่าสูงจะเคลื่อนที่ได้ไกลกว่า ถึงแม้ว่าการกระจายตัวจะอยู่ในบริเวณใกล้เคียงกับผนังด้านล่าง เนื่องจากอิทธิพลของกระแสขวาง สำหรับแบบจำลอง Low-Reynolds number k-ε นั้นสามารถทำนายขนาดการไหลวน และการเปลี่ยนแปลงบริเวณใกล้ผนังได้ดีกว่าแบบจำลอง Standard k-ε ในขณะที่คุณลักษณะอื่นก็ได้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกัน ส่วนผลคำนวณที่ได้ในสองมิติเมื่อเทียบกับในสามมิติพบว่า เส้นวิถีการเคลื่อนที่ของความเร็วเจ็ตและปริมาณสเกลาร์มีแนวโน้มไปในทางเดียวกัน