การศึกษาวิธีการไหลของดิสเปอร์สเฟสในท่อยาว

Abstract

ผู้วิจัยได้ทำการถ่ายภาพหยดสารเหลวในคอลัมน์สกัดของเหลวในสภาพที่น้ำซึ่งเป็นเฟสหลักอยู่นิ่ง การถ่ายภาพหยดแบ่งเป็น 2 ประเภท ประเภทที่หนึ่ง ได้แก่ การถ่ายภาพเพื่อวัดขนาดของหยด ประเภทที่สอง ได้แก่ การถ่ายภาพโดยเปิดหน้ากล้องนาน เพื่อได้มาซึ่งความเร็วของแต่ละหยด ผลการถ่ายภาพแสดงให้เห็นว่าเฟสหยดไหลผ่านโดยมีโปรไฟล์ความเร็วที่ขึ้นกับรัศมีของท่อยาว และหยดที่มีความเร็วสูงสุดจะอยู่ตรงกลางท่อ สำหรับการทดลองทุกครั้งได้คำนวณเส้นผ่าศูนย์กลางเฉลี่ยของกลุ่มหยด (เป็นเส้นผ่าศูนย์กลางชอเตอร์) และจากนั้นสามารถคำนวณความเร็วสุดท้ายของหยดขนาดนั้น (Free Fall Velocity)และพบว่าความเร็วจริงของกลุ่มหยดซึ่งอยู่ตรงกลางของคอลัมน์ สูงกว่าความเร็วสุดท้ายของหยดขนาดเฉลี่ย และตรงกันข้ามพบว่ากลุ่มหยดซึ่งอยู่ในบริเวณผนังท่อมีความเร็วจริงที่ต่ำกว่าความเร็วสุดท้ายของหยดขนาดเฉลี่ย การถ่ายภาพหยดดังกล่าวได้แสดงปรากฏการณ์ที่ว่าหยดที่ไหลผ่านท่อยาว มีแนวโน้มจะเลื่อนมายังศูนย์กลางของคอลัมน์ ผู้วิจัยได้ประเมินการผสมย้อนกลับในเฟสหยดโดยวัดเบอร์เพเคล็ต และผลปรากฏว่าการไหลของเฟสหยดถือได้ว่าเป็นการไหลแบบทรงกระบอก หรือการไหลที่ใกล้การไหลแบบทรงกระบอกมาก จากการศึกษาการไหลของเฟสหยดในท่อยาวสรุปได้ว่ามีการหมุนเวียนในเฟสหลัก เป็นผลที่สอดคล้องกับข้อสังเกตของนักวิจัยอื่นที่ศึกษาเฟสหลัก ในที่สุดผู้วิจัยได้เสนอตุ๊กตาคณิตศาสตร์จำนวนหนึ่ง เพื่ออธิบายการถ่ายเทมวลสารในคอลัมน์แบบสเปรย์ โดยหลักการของการหมุนเวียนของเฟสหลักปรากฏอยู่