การทำนายลักษณเฉพาะการไหลแบบปั่นป่วนของเจ็ตพุ่งชนแบบหลายช่องโดยใช้หัวฉีดกลม

เมืองแก้ว ยุตัน

ผู้แต่ง

เมืองแก้ว ยุตัน อาจารย์, สาขาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยธนบุรี 248 ซอยเพชรเกษม 110 ถนนเพชรเกษม เขตหนองแขม กรุงเทพมหานคร 10160

คำสำคัญ:

เจ็ตพุ่งชน พลศาสตร์การคำนวณเชิงตัวเลข แบบจำลองความปั่นป่วน มาตรฐาน โมเดล RSM โมเดล

บทคัดย่อ

บทความนี้เสนอการทำนายการไหลแบบปั่นป่วน (turbulent) ที่มีการฉีดของไหลของเจ็ตพุ่งชนที่อัดตัวไม่ได้เข้ากระทบในพื้นที่จำกัด (confined impinging jet) โดยนำวิธีปริมาตรสืบเนื่อง (finite volume) ร่วมกับแบบจำลองความปั่นป่วน standard model และ reynolds stress model (RSM) ในการวิเคราะห์นี้ เป็นปัญหา 2 มิติแบบสมมาตร โดยมีการคำนวณใช้โปรแกรม computational fluid dynamics (CFD) ansys fluent 2024 r1 โดยใช้รูปแบบผลต่างอนุพันธ์ลำดับที่หนึ่งมาคำนวณ คือ first order upwind (FOU) scheme เพี่อศึกษาผลลัพธ์การทำนายลักษณะการเปลี่ยนแปลงความเร็วตามแนวแกน เส้นทางการไหล ลักษณะเวคเตอร์ความเร็ว และทิศทางการหมุนของช่องการไหล 2 แบบที่ขนาดหัวฉีด d = 10 และ 13.3 มม แล้วถูกนำมาเปรียบเทียบกับข้อมูลจากการทดลองที่มีอยู่แล้วซึ่งวัดโดย วิธี hot-wire anemometer ผลจากการทำนายและวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่า ที่ขนาดหัวฉีด d =10 มม แบบ standard model ทำนายได้เฉลี่ย 89.67% ส่วน RSM 87.43% และขนาดหัวฉีด d =13.3 มม ได้เฉลี่ย 93.97% ส่วน RSM 91.31% เมื่อเทียบกับผลการทดลอง แสดงว่า standard model มีความสอดคล้องแม่นยำได้ใกล้เคียงดีกว่า RSM บนความเร็วตามแนวแกน

เอกสารอ้างอิง

Lee DH, Bae JR, Park HJ, Lee JS, Ligrani P. Confined, milliscale unsteady laminar impinging slot jets and surface nusselt numbers. International Journal of Heat and Mass Transfer 2011;54(11-12): 2408-18. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.02.021.

Lee DH, Park HJ, Ligrani P. Milliscale confined impinging slot jets Laminar heat transfer characteristics for an isothermal flat plate. Milliscale confined impinging slot jets Laminar heat transfer characteristics for an isothermal flat plate 2012;55(9-10): 2249-60. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer. 2012.01.041.

Nuntadusit C, Wea-hayee M, Bunyajitraduya A, Eiamsa-aed S. Heat transfer enhancement by multiple swirling impinging jet with twister tape swirl generator. International Communications in Heat and Mass Transfer 2012;39(1):102-7. doi: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2011.10.003.

Caggese O, Gnaegi G, Hannema G, Terzis A, Ott P. Experimental and numerical investigation of a fully confined impingement round jet. International Journal of Heat and Mass Transfer 2013;65: 873-82. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.06.043.

Yousefi-Lafouraki B, Ramiar A, Mohsenian S. Entropy generation analysis of a confined slot impinging jet in a converging channel for a shear thinning nanofluid. Applied Thermal Engineering 2016;105: 675-85. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2016.03.067.

Alabdaly IK, Ahmed MA. Numerical investigation on the heat transfer enhancement using a confined slot impinging jet with nanofluid. Propulsion and Power Research 2019;8(4):351-61. doi: 10.1016/j.jppr.2019.06.004.

Kempers R, Colenbrander J, Tan W, Chen R, Robinson AJ. Experimental characterization of a hybrid impinging microjet-microchannel heat sink fabricated using high-volume metal additive manufacturing. International Journal of Thermofluids 2020;5-6:100029. doi: 10.1016/j.ijft.2020.100029.

Diop SN, Dieng B, Warore A, Mbodj S. A study on heat transfer characteristics by impinging jet within a few amounts of mist. International Journal of Thermofluids 2022; 13:100130. doi: 10.1016/j.ijft.2021.100130.

selimefendugil F, Ghachem K, Alwadai N, Alshammari BM, Kolsi L. Multiple slot nano-jet impingement cooling of a sinusoidal hot surface by using active rotating cylinders under magnatic field. Case Studies in Thermal Engineering 2023;47:103007. doi: 10.1016/j.csite.2023.103007.

Ajeel RK, Fayyadh SN, Ibrahim A, Sultan SM, Najeh T. Comprehensive analysis of heat transfer and pressure drop in square multiple impinging jets employing innovative hybrid nanofluids. Results in Engineering 2024;21:101158. doi: 10.1016/j.rineng.2024.101858.

ANSYS, Inc. Ansys fluent tutorial guide 2024 R1. Canonsburg (PA): ANSYS, Inc.; 2024.

Wilcox DC. Turbulent modeling for CFD. California: DCW Industries; 1993.

Gatski TB. Turbulent flows: model equations and solution methodology. In: Peyret R, editors. Handbook of Computational Fluid Mechanics. London: Academic Press; 1996. p. 339-415.

Patankar SV. Numerical heat transfer and fluid flow. Washington D.C.: Hemisphere; 1980.

Versteeg HK, Malalasekera W. An introduction to computational fluid dynamics: the volume method. Harlow: Longman Scientific & Technical; 1995.

Saad NR, Polat S, Douglas WJM. Confined multiple impinging slot jets without crossflow effects. International Journal of Heat and Fluid Flow 1992;13(1): 2-14.