การกรองชนิดแม่เหล็กแบบตามขวางในการไหลแบบโพเทนเชียล

Abstract

ได้ศึกษาการกรองชนิดแม่เหล็กเพื่อใช้เป็นแนวทางในการออกแบบตัวกรองให้ได้ประสิทธิภาพตามต้องการ โดยใช้ตัวจับเป็นสารพาราแมกเนติกรูปทรงกลมหลายตัวกระจายกันอย่างสุ่มในตัวกรองซึ่งวางอยู่ในสนามแม่เหล็กภายนอกสม่ำเสมอ อนุภาคพาราแมกเนติกหรือไดอะแมกเนติกที่จะกรองมีขนาดเล็กมากแต่มากกว่าหนึ่งไมครอน ปะปนอยู่ในของไหลที่มีการไหลเป็นแบบโพเทนเชียล โดยศึกษาการกรองในแบบตามขวางคือให้ทิศทางของสนามแม่เหล็กภายนอกตั้งฉากกับทิศของความเร็วตั้งต้นของของไหล และการกรองแบบตามยาวคือให้ทิศของสนามแม่เหล็กภายนอกขนานกับทิศของความเร็วตั้งต้นของของไหล ใช้ทฤษฎีตัวกลางยังผลแบบฮาชินจำลองผลกระทบอันเนื่องมาจากการมีตัวจับหลายตัวในการหาสนามแม่เหล็กและสนามความเร็วรอบตัวจับใดๆ และใช้วิธีรังกัตตาอันดับที่ 4 ในการแก้สมการการเคลื่อนที่เพื่อคำนวณเส้นทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคซึ่งนำไปหารัศมีการจับและพื้นที่การจับของอนุภาค พร้อมทั้งทำโปรแกรมสำหรับการคำนวณดังกล่าวเพื่อใช้ในการคำนวณหาประสิทธิภาพของตัวกรอง จากการวิจัยพบว่า ค่าอัตราส่วนการบรรจุตัวจับเป็นแฟคเตอร์สำคัญต่อค่าพื้นที่การจับอนุภาคและกำหนดขนาดของสนามแม่เหล็กภายนอก (H0) ที่เหมาะสมในการใช้งาน สำหรับช่วงอัตราส่วนการบรรจุค่าน้อยขนาดของพื้นที่การจับจะสูงสุดได้ก็ต้องใช้ขนาดของ H0 ที่มีค่ามากด้วย ถ้าพื้นที่การจับยังไม่สูงสุด การเพิ่มขนาดของ H0 จะทำให้พื้นที่การจับเพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพของการกรองจะมีค่าเพิ่มตามการเพิ่มของพื้นที่การจับและเกือบถึง 100% เมื่อพื้นที่การจับสูงสุด สำหรับที่อัตราส่วนการบรรจุค่ามาก กลไกต่างๆ จะเหมือนกันกับที่อัตราส่วนค่าน้อยแต่จะใช้ขนาดของ H0 น้อยลงเพื่อให้ขนาดของพื้นที่การจับสูงสุดและพื้นที่การจับสูงสุดที่อัตราส่วนบรรจุค่ามากมีขนาดน้อยกว่าพื้นที่การจับสูงสุดเมื่ออัตราส่วนบรรจุค่าน้อย ประสิทธิภาพสำหรับการกรองอนุภาคแบบพาราแมกเนติกในการกรองแบบตามขวางจะมีค่ามากกว่าในการกรองแบบตามยาว แต่สำหรับอนุภาคแบบไดอะแมกเนติก ประสิทธิภาพในการกรองแบบตามขวางจะดีกว่าในช่วงที่พื้นที่การจับน้อยกว่าพื้นที่การจับสูงสุดมาก แต่เมื่อพื้นที่การจับมากขึ้น การกรองแบบตามยาวจะให้ประสิทธิภาพดีกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับการกรองชนิดแม่เหล็กแบบตามขวางในการไหลแบบโพเทนเชียลกับกรณีการไหลแบบแลมินาร์ไม่พบข้อแตกต่างที่มีนัยสำคัญของลักษณะทั่วไปของผลการศึกษาทั้งสองแบบ