การศึกษาแบบจำลองพฤติกรรมการไหลของอากาศผ่านทรงกระบอกตันแบบ 2 มิติ ด้วยเทคนิคพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (A Study of Two-Dimensional Modeling of Behavior of Air Flow through the Cylinder by Computational Fluid Dynamics Technique (CFD))

Abstract

เทคนิคพลศาสตร์ของไหลเชิงคำานวณ (Computational Fluid Dynamics, CFD) เป็นเทคนิคที่ช่วยในการวิเคราะห์ปัญหาทางด้านพลศาสตร์ของไหล ซึ่งในงานวิจัยนี้ได้นำเอาหลักการและวิธีการสร้างแบบจำาลองทางคอมพิวเตอร์ ด้วยเทคนิคพลศาสตร์ของไหลเชิงคำานวณ (CFD) มาเป็นเครื ่องมือ เพื ่อศึกษาพฤติกรรมการไหลของอากาศผ่านทรงกระบอกตันผิวเรียบในสองมิติ และจากผลงานวิจัยนี้จะได้มีการนำเอาข้อมูลไปใช้ประกอบการสร้างอุโมงค์ลมและออกแบบแท่งดูดความชื ้นของระบบทำความเย็นแบบระเหยต่อไป โดยได้มีศึกษาพฤติกรรมการไหลของอากาศ คือ การกระจายตัวของความเร็วอากาศ สัมประสิทธิ์การฉุด (Red) และ เลขเรย์โนลด์ (Reynolds Number, Re) ที่ค่าความเร็วอากาศเริ่มต้นที่ 0.01, 0.03, 0.05, 0.1, 0.3, 0.5, 1, 3, 5, 10, 30 และ 50 m/s โดยมีเงื่อนไขเลขเรย์โนลด์ที่ Red เป็นการไหล เป็นแบบราบเรียบและใช้แบบจำลองความหนืด (Viscous Model) แบบ Laminar เงื่อนไขเลขเรย์โนลด์ที่ การไหลเป็นแบบปั่นป่วนและใช้แบบจำลองความหนืดแบบ k – epsilon และเงื่อนไขเลขเรย์โนลด์ที่ Re 103≤ Red ≤ 10d 5> 105d การไหลเป็นแบบปั่นป่วนเต็มรูปแบบและใช้แบบจำลองความหนืดแบบ k – epsilon และสามารถเปรียบเทียบผลการทดลองจากการสร้างแบบจำลองตามทฤษฎีชั ้นขอบเขต ซึ ่งมีผลที ่ได้จากการทดลองสร้างแบบจำลองจะมีความสอดคล้องกัน ในช่วงค่าของเลขเรย์โนลด์ ที่ 103≤ 10 ถึง 10 ค่าสัมประสิทธิ์การฉุดเฉลี่ยโดยการทดลองสร้างแบบจำลอง CFD จะมีค่า 1.62 และค่าสัมประสิทธิ์การฉุดเฉลี่ยโดยการคำนวณตามทฤษฎี จะมีค่า 1.03 และค่าสัมประสิทธิ์การฉุดของอากาศที่ไหลผ่านทรงกระบอกตันผิวเรียบที่ใช่จริงตามทฤษฎี จะมีค่าอยู่ที่ 1.20

Computational fluid dynamics technique (CFD) is a relatively new field of technology in
Thailand. This technique has been developed and used widely. CFD utilizes computer softwares to solve problems such as aerospace engineering, heat transfer and fluid mechanics etc. This research used the principles and methods of computer modeling with CFD as a tool by studying the flow of air through the cylinder in two-dimensional plane, which is part of the evaporative cooling model in low speed wind tunnel. The parameters studied in this study include the distribution of air velocity, coefficient of drag (CD) and the Reynolds Number, (Re). The air velocity inlet of 0.01, 0.03, 0.05, 0.1, 0.3, 0.5, 1, 3, 5, 10, 30 and 50 m/s with Reynolds Number of Red ≤ Red≤ 105 and Red> 10 were used to study laminar flow, low turbulent flow, respectively. The comparison of modeling for this research with boundary - layer theory, shows consistency of the studied models. For the values of Reynolds Number between 105 3 and 10, the average value of coefficient of drag coefficient by CFD is 1.62. The average value of coefficient of drag coefficient from theoretical calculations is 1.03 whereas the real value of drag coefficient is 1.20