ผลกระทบของสเวิร์ลนัมเบอร์ต่อคุณลักษณะการผสมของเจ็ตร้อน ที่หมุนควงในกระแสลมขวาง

Abstract

ศึกษาคุณลักษณะของเจ็ตร้อนที่หมุนควงในกระแสลมขวางโดยทั่วไป และศึกษาผลกระทบของความเร็วในการหมุนควง ที่มีต่อคุณลักษณะการผสมของเจ็ตโดยเฉพาะ โดยเจ็ตร้อนที่หมุนควงที่มีผลรวมของ Circulation รอบปากเจ็ตไม่เป็นศูนย์ ถูกสร้างขึ้นด้วยท่อหมุนซึ่งภายในบรรจุ Honeycomb และวัดการกระจายของอุณหภูมิบนระนาบหน้าตัดที่ตั้งฉาก กับทิศทางของกระแสลมขวางตามแนวการไหลของเจ็ต เพื่อศึกษาคุณลักษณะการผสมเฉพาะหน้าตัดและคุณลักษณะการผสมโดยรวม การทดลองได้ทำที่อัตราส่วนความเร็วประสิทธิผลเป็นค่าคงที่ที่ 4.1 โดยเปลี่ยนความเร็วในการหมุนควงซึ่งแสดงเป็นค่าอัตราส่วนสเวิร์ลในช่วงตั้งแต่ 0 (กรณีเจ็ตที่ไม่หมุนควง) ถึง 0.82 ที่เรโนลด์สนัมเบอร์ประมาณ 12,000 จากผลการทดลองพบว่าการหมุนควงทำให้ลักษณะโครงสร้างของเจ็ต มีความไม่สมมาตรซึ่งแสดงจากการกระจายของอุณหภูมิบนหน้าตัด โดยพบบริเวณที่มีอุณหภูมิและอัตราการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสูง ทางด้านที่ความเร็วตามแนวสัมผัสของเจ็ตอากาศ มีทิศทางเดียวกับความเร็วของกระแสลมขวาง (ด้าน Suction) ในขณะที่พบบริเวณที่มีอุณหภูมิและอัตราการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิต่ำ ทางด้านที่ความเร็วตามแนวสัมผัสของเจ็ตอากาศมีทิศทางตรงกันข้ามกับ ความเร็วของกระแสลมขวาง (ด้าน Pressure) ทั้งนี้จากการวิเคราะห์ชี้แนะให้เห็นว่าคุณลักษณะเช่นนี้ เป็นผลมาจากความแตกต่างในลักษณะการเกิดของ Skewed mixing layer ที่ขอบด้านข้างทั้งสองด้านของเจ็ต ซึ่งมีผลโดยตรงต่อการพัฒนาตัวของเจ็ต นอกจากนี้ยังพบว่าความไม่สมมาตรดังกล่าวเพิ่มขึ้นตามความเร็วในการหมุนควง อย่างไรก็ตามถึงแม้ว่าการหมุนควงจะมีผลต่อ ลักษณะของความไม่สมมาตรภายในเจ็ต แต่การหมุนควงดังกล่าวไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง และความสมมาตรภายนอกของเจ็ตซึ่งแสดงโดยเส้นขอบเขต ของบริเวณระดับอุณหภูมิต่ำรอบเจ็ต นอกจากนี้ยังพบว่า ในช่วงของพารามิเตอร์ที่ศึกษานั้น การหมุนควงส่งผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณลักษณะโดยรวมของเจ็ต เช่น การขยายตัวของเจ็ต และรูปร่างและตำแหน่งของขอบเจ็ตดังกล่าวข้างต้น และส่งผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณลักษณะบนระนาบสมมาตรแนวตั้ง ดังจะเห็นได้จากการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย ของเส้นทางของอุณหภูมิสูงสุดบนระนาบสมมาตร เส้นทางของจุดศูนย์กลางอุณหภูมิ และการลดลงของอุณหภูมิสูงสุดบนระนาบสมมาตร และการลดลงของอุณหภูมิสูงสุด ในทางตรงกันข้ามพบว่า การหมุนควงส่งผลที่มีนัยสำคัญต่อคุณลักษณะของเจ็ตบนระนาบแนวนอน ดังจะเห็นได้จากการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญของ เส้นทางของจุดศูนย์กลางอุณหภูมิบนระนาบแนวนอน ซึ่งพบการเบี่ยงเบนออกจากแนวของระนาบสมมาตรแนวตั้งมากขึ้น เมื่อความเร็วในการหมุนควงเพิมขึ้น ผลการศึกษาชี้แนะให้เห็นถึงความแตกต่างของอิทธิพลของอัตราส่วนเสวิร์ลและอัตราส่วนความเร็วประสิทธิผลต่อคุณลักษณะของเจ็ตที่หมุนควงในกระแสลมขวาง