การเพิ่มสมรรถนะการถ่ายเทความร้อนภายในท่อกลมโดยใช้เทอร์บิวเลเตอร์รูปแบบต่างๆ

Abstract

งานวิจัยนี้เสนอการใช้เทอร์บิวเลเตอร์ชนิดเฟืองรูปแบบใหม่เพื่อปรับปรุงสมรรถนะการถ่ายเทความร้อนในท่อกลม การศึกษาใช้โปรแกรม ANSYS FLUENT VERSION 15.0 โดยใช้แบบจำลอง Standard k - εℇ​ ℇจำลองการถ่ายเทความร้อนสำหรับการไหลแบบปั่นป่วนในท่อแลกเปลี่ยนความร้อนที่ติดตั้งเทอร์บิวเลเตอร์รูปแบบต่างๆ ได้แก่ แบบวงแหวนวงกลม แบบวงแหวนกรวย และแบบวงแหวนเฟืองซึ่งเป็นการตัดบางส่วนออกจากเทอร์บิวเลเตอร์แบบวงแหวนกรวย ทำการศึกษาเชิงตัวเลขของท่อที่ติดตั้งเทอร์บิวเลเตอร์แบบต่างๆ โดยมีอัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 0.5, 0.6 และ 0.7 และอัตราส่วนระยะห่างเท่ากับ 4 และ 8 กำหนดให้อากาศไหลผ่านท่อทดสอบที่อุณหภูมิ 27 องศาเซลเซียส ที่ค่าเรย์โนลด์นัมเบอร์ระหว่าง 4000 – 20000 และให้ค่าฟลักซ์ความร้อนคงที่ พบว่าผลการคำนวณที่ได้จากระเบียบวิธีไฟไนต์วอลุมมีความใกล้เคียงกับผลจากการทดลอง จากการศึกษาพบว่าอัตราการถ่ายเทความร้อนของท่อแลกเปลี่ยนความร้อนที่ติดตั้งเทอร์บิวเลเตอร์แบบวงแหวนวงกลมและแบบวงแหวนกรวยเพิ่มขึ้น 87% ถึง 199% เมื่อเปรียบเทียบกับท่อแบบผิวเรียบ ในกรณีของเทอร์บิวเลเตอร์แบบวงแหวนกรวยเพิ่มขึ้น 3% ถึง 8% เมื่อเปรียบเทียบกับเทอร์บิวเลเตอร์แบบวงแหวนวงกลม และพบว่าเทอร์บิวเลเตอร์แบบวงแหวนเฟืองให้ค่าสมรรถนะการถ่ายเทความร้อนสูงที่สุด นอกจากนี้ยังพบว่าเทอร์บิวเลเตอร์ที่ติดตั้งด้วยอัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กที่สุดเท่ากับ 0.5 และอัตราส่วนระยะห่างที่สั้นที่สุดเท่ากับ 4 ให้อัตราการถ่ายเทความร้อนมีค่าสูงที่สุด