| บทคัดย่อ(ไทย) |
งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาคุณลักษณะการไหลของเจ็ตร้อนที่หมุนควงในกระแสลมทวน ซึ่งมุ่งเน้นที่ผลกระทบของความเร็วในการหมุนควงต่อคุณลักษณะการผสมของเจ็ต โดยใช้ค่า Swirlratio (~iSi~i) เป็นตัวบ่งชี้ถึงระดับการหมุนควง สำหรับเจ็ตร้อนที่หมุนควงนั้นได้จากการเป่าอากาศร้อนผ่านชุดท่อหมุนซึ่งภายในบรรจุ Honeycomb ทำให้การไหลมีความเร็วตามแนวสัมผัสของเจ็ตที่ขอบปากเจ็ตและผลรวมของค่า Circulation รอบปากเจ็ตไม่เป็นศูนย์ ในการทดลองได้วัดการกระจายตัวของอุณหภูมิโดยเฉลี่ยบนระนาบหน้าตัดตั้งฉากกับทิศทางการไหลของเจ็ตที่ตำแหน่งต่างๆ ตามแนว Downstream เพื่อศึกษาคุณลักษณะการผสมเฉพาะหน้าตัดและคุณลักษณะการผสมโดยรวม โดยทดลองที่อัตราส่วนความเร็วประสิทธิผลคงที่ที่ 4.62 และทำการเปลี่ยนค่าSwirl ratio เพื่อศึกษาผลของการหมุนควงทั้งหมด 4 ค่า คือที่ Swirl ratio เท่ากับ 0(กรณีที่เจ็ตไม่มีการหมุนควง), 0.11, 0.22 และ 0.33 และที่ค่าเรย์โนลด์นัมเบอร์ของเจ็ตประมาณ 10,000 สำหรับผลการทดลองดังกล่าวได้นำมาเปรียบเทียบกับผลการทดลองในกรณีการไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระ ซึ่งได้ทำควบคู่กันไปเพื่อใช้เป็นกรณีพื้นฐานสำหรับการเปรียบเทียบ จากผลการทดลองในกรณีการไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระพบว่า การหมุนควงจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผสมของเจ็ตให้ดียิ่งขึ้น โดยเจ็ตจะมีการกระจายตัวเพิ่มขึ้น และมีอุณหภูมิตามแนวแกนลดลงอย่างรวดเร็วขึ้นเมื่อการไหลมีระดับการหมุนควงเพิ่มขึ้น แต่การหมุนควงจะไม่ส่งผลให้รูปร่างการกระจายตัวของเจ็ตเกิดการเปลี่ยนแปลงมากนัก โดยในกรณีที่มีการหมุนควง เจ็ตจะมีรูปร่างการกระจายตัวที่มีลักษณะค่อนข้างกลมและมีความสมมาตรเช่นเดียวกับการไหลในกรณีที่ไม่มีการหมุนควง สำหรับผลการทดลองในกรณีการไหลแบบเจ็ตหมุนควงในกระแสลมทวนพบว่า การหมุนควงจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผสมของเจ็ตในกระแสลมทวนให้ดียิ่งขึ้น โดยทำให้การไหลแบบเจ็ตในกระแสลมทวนมีการกระจายตัวเพิ่มขึ้น มีอุณหภูมิตามแนวแกนลดลงได้รวดเร็วขึ้น และมีระยะPenetration depth สั้นลง เมื่อการไหลมีระดับการหมุนควงเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่าการหมุนควงจะไม่ส่งผลต่อรูปร่างการกระจายตัวเฉลี่ยของการไหลแบบเจ็ตหมุนควงในกระแสลมทวนซึ่งได้ผลเช่นเดียวกับการไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระ อย่างไรก็ตามเมื่อพิจารณาผลของการหมุนควงในการไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระเปรียบเทียบกับในการไหลแบบเจ็ตหมุนควงในกระแสลมทวนพบว่า การหมุนควงจะส่งผลต่อการไหลแบบเจ็ตอิสระมากกว่าการไหลแบบเจ็ตในกระแสลมทวน โดยเมื่อเพิ่มระดับการหมุนควงในปริมาณที่เท่ากันแล้วการไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระจะมีการลดลงของอุณหภูมิตามแนวแกนมากกว่า ซึ่งสังเกตได้จากในกรณีการไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระจะมีระยะทางในการสลายตัวของอุณหภูมิหดสั้นลงได้มากกว่าในกรณีการไหลแบบเจ็ตหมุนควงในกระแสลมทวน โดยเมื่อเพิ่มระดับการหมุนควบจาก Swirl ratioเท่ากับ 0 (ไม่มีการหมุนควง) เป็น 0.33 นั้น การไหลแบบเจ็ตหมุนควงอิสระจะมีระยะที่อุณหภูมิส่วนเกินที่แกนเจ็ตลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของอุณหภูมิส่วนเกินทั้งหมด (ระยะที่ ~iC(,r)~i=0.5)สั้นลงไปประมาณ 27% ในขณะที่การไหลแบบเจ็ตหมุนควงในกระแสลมทวนจะมีระยะที่ ~iC(,r)~i=0.5สั้นลงไปเพียง 17% เท่านั้น นอกจากนี้ในการศึกษาวิจัยในกรณีการไหลแบบเจ็ตหมุนควงในกระแสลมทวนยังพบว่า ระยะPenetration depth (~ix(,p)~i) กับค่า Swirl ratio (~iSr~i) จะมีความสัมพันธ์กันประมาณเป็นฟังก์ชันพาราโบลา ตามสมการ ~ix(,p)/d~i=-10.33~iSr('2)~i-2.5~iSr~i+12.63 โดยที่ ~id~i คือเส้นผ่านศูนย์กลางปากเจ็ต |
| บทคัดย่อ(English) |
Experiments for the investigation of the effect of swirl on themixing characteristics of a heated swirling jet in counterflow wereconducted. The heated swirling jet with non-zero tangential velocity,non-zero circulation was generated by passing hot air through a rotatingpipe with honeycomb. Temperature distributions in the cross planesdownstream of the jet were surveyed in order to investigate both local andglobal mixing characteristics. The experiments were conducted at a fixedeffective velocity ratio of 4.62 and the swirl ratios (Sr) of 0 (no swirl),0.11, 0.22, and 0.33, at a Reynolds number of approximately 10,000. Theresults were compared with those of the investigation of the effect ofswirl on the mixing characteristics of a free swirling jet that wereconducted in parallel. For free swirling jet, the results indicated that swirl enhanced jetmixing further from that of non-swirling jet. This was shown throughincreases in jet spreading and centerline temperature decay as swirl ratiowas increased. On the other hand, swirl had little influence on the shapeof average temperature distribution, both free swirling jet andnon-swirling jet had symmetric, circular temperature distribution. For swirling jet in counterflow, the results indicated that swirlenhanced jet mixing even further from that of a jet in counterflow. Thiswas shown through increases in jet spreading and centerline temperaturedecay and decrease in penetration depth as swirl ratio was increased.Similar to the free swirling jet case, swirl had little influence on theshape of average temperature distribution, being symmetric and circular asin the case of a jet in counterflow. When the effects of swirl on free swirling jet were compared to thoseon swirling jet in counterflow, they revealed that swirl had more influenceon free swirling jet than swirling jet in counterflow. Specifically, thecenterline temperature of free swirling jet decayed faster than that ofswirling jet in counterflow, when comparison was made at the same amount ofincrease in swirl ratio. In particular, as swirl ratio increased from 0 (noswirl) to 0.33, the fifty-per-cent decay length, the length at which theexcess temperature reduced to half of the original value at the jet exit(~iC(,T)~i=0.5), was shortened by 27% in swirling jet case and by 17% inswirling jet with counterflow case. In addition, the present study revealed that the effect of swirl onthe penetration depth (~ix(,p)~i) of a swirling jet in counterflow couldbe approximated by a parabolic relation: ~ix(,p)/d~i =-10.33~iSr~i('2)2.5~iSr~i+12.63, where ~id~i was a diameter of the jet exit. |
