การวิเคราะห์โครงสร้างของเจ็ตในกระแสลมขวางที่มีการฉีดเจ็ตควบคุมโดยใช้ POD

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาผลของเจ็ตควบคุมตามแนวเส้นรอบวงต่อโครงสร้างที่มีบทบาทสำคัญและพลังงานการไหลปั่นป่วนสูงสุดของเจ็ตในกระแสลมขวาง ที่มีอัตราส่วนความเร็วประสิทธิผลเท่ากับ 3.9 และตัวเลขเรย์โนลส์ของกระแสลมขวางเท่ากับ 5,900 โดยจะวัดความเร็วสนามการไหลด้วย Stereoscopic Particale Image Velocimetry ที่มีการฉีดอนุภาคติดตามการไหลเฉพาะในเจ็ตเพื่อที่จะวิเคราะห์โครงสร้างส่วนที่เป็นเจ็ตหรือส่วนผสมของเจ็ตไม่รวมกระแสลมขวางได้อย่างชัดเจน และการฉีดอนุภาคติดตามการไหลทั้งในเจ็ตและกระแสลมขวางเพื่อทำการเปรียบเทียบ โดยทำการทดลองกรณีที่ไม่มีการฉีดเจ็ตควบคุม (JICF) และกรณีที่มีการฉีดเจ็ตควบคุมที่ตำแหน่งเชิงมุมเท่ากับ (กรณี I15) และ (กรณี I135) ที่อัตราส่วนเชิงมวลการไหลของเจ็ตควบคุมต่อเจ็ตหลักคงที่เท่ากับ 2 % และศึกษาในช่วงระยะทางการไหลที่ตำแหน่ง x/rd = 0.5 ถึง 1.5 โดยจะวิเคราะห์โครงสร้างที่มีบทบาทสำคัญและพลังงานการไหลปั่นป่วนสูงสุดด้วยเทคนิค Proper Orthogonal Decomposition (POD) จากการศึกษาพบว่า 1) โครงสร้างที่มีบทบาทสำคัญของกรณี JICF ที่บริเวณ Near field (x/rd = 0.5 ถึง 1) จะเป็นโครงสร้างการก่อตัวของ Counter-rotating vortex pair (CVP) ในขณะที่บริเวณ Far field (x/rd = 1.5) จะเป็นโครงสร้าง Jet shear layer ซี่งเป็นโครงสร้างของเจ็ต และโครงสร้าง Wake vortices ซึ่งเป็นโครงสร้างของกระแสลมขวาง (Wake vortices นี้จะพบเฉพาะในกรณีการใส่อนุภาคติดตามการไหลทั้งในเจ็ตและกระแสลมขวาง แต่จะไม่พบในกรณีการใส่อนุภาคติดตามการไหลเฉพาะเจ็ต) ในขณะที่เมื่อฉีดเจ็ตควบคุมในกรณี I15 พบว่าโครงสร้างจะเปลี่ยนเป็นโครงสร้างที่มีการขยายตัวออกด้านข้างเจ็ตมากขึ้นแต่มีขนาดในแนวดิ่งลดลงและยังคงโครงสร้างลักษณะคล้ายเดิมไปตลอดระยะทางการไหล ในขณะที่กรณี I135 ที่บริเวณ Near field จะพบโครงสร้างการก่อตัวของ CVP คล้ายกับกรณี JICF แต่มีการขยายตัวออกทั้งด้านข้างและในแนวดิ่ง และเมื่อเจ็ตพัฒนาตัวไป Far field พบว่าโครงสร้างที่มีบทบาทสำคัญจะเป็นโครงสร้าง CVP 2) เมื่อพิจารณาการกระจายตัวของระดับพลังงานการไหลปั่นป่วนพบว่า กรณี JICF การกระจายตัวของระดับพลังงานจะมีลักษณะ กว้าง–เตี้ย แสดงว่าระดับพลังงานจะกระจายตัวไปตามโครงสร้างต่างๆในระดับใกล้เคียงกัน แต่เมื่อฉีดเจ็ตควบคุมพบว่ากรณี I15 การกระจายตัวของระดับพลังงานการไหลปั่นป่วนจะเปลี่ยนเป็น ผอม – สูง หรืออีกนัยหนึ่ง ผลของการฉีดเจ็ตควบคุมจะทำให้โครงสร้างที่มีพลังงานการไหลปั่นป่วนสูงสุดมีพลังงานเพิ่มขึ้นโดดเด่นกว่าโครงสร้างอื่นๆรองลงมา แสดงว่าการฉีดเจ็ตควบคุมที่ตำแหน่งเชิงมุมเท่ากับ จะส่งเสริมโครงสร้างพลังงานการไหลปั่นป่วนสูงสุดให้โดดเด่นกว่าโครงสร้างอื่นๆ ในขณะที่กรณี I135 พบว่าการกระจายตัวของระดับพลังงานการไหลปั่นป่วนจะอยู่ระหว่างกรณี JICF และ I15 ที่ตำแหน่ง x/rd = 0.5 ถึง 1.5 แสดงว่าการฉีดเจ็ตควบคุมที่ตำแหน่งเชิงมุมเท่ากับ จะช่วยส่งเสริมโครงสร้างพลังงานการไหลปั่นป่วนสูงสุดแต่ยังส่งเสริมน้อยกว่ากรณี I15 และ 3) เมื่อทำการฉีดเจ็ตควบคุม (ทั้งกรณี I15 และ กรณี I135) พบว่าเมื่อเจ็ตพัฒนาตัวไปตามระยะทางการไหล โครงสร้างที่มีบทบาทสำคัญและการกระจายตัวของระดับพลังงานยังคงมีลักษณะคล้ายเดิมไม่เปลี่ยนแปลง แสดงว่าโครงสร้างใหม่ที่เกิดจากการฉีดเจ็ตควบคุมนั้นมีเสถียรภาพอย่างน้อยในขอบเขตของระยะทางตามแนวการไหลที่ศึกษา