การศึกษาเชิงทดลองของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อโดยใช้การระเหย สำหรับชุดควบแน่นของโรงน้ำแข็ง

Abstract

เป็นการศึกษาปัญหาที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิตของโรงงานผลิตน้ำแข็งในส่วนของการถ่ายเทความร้อนของชุดควบแน่น โดยมุ่งเน้นการศึกษาไปที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อเปลือยเพื่อศึกษาตัวแปรที่มีผลต่อการถ่ายเทความร้อนเพื่อนำไปสู่การออกแบบที่เหมาะสมต่อการใช้งานด้านการระบายความร้อนเป็นหลัก โดยอาศัยการทำการทดลองเพื่อศึกษาผลของตัวแปรที่ส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อนภายนอกอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อเปลือย จากการจำลองการถ่ายเทความร้อนของฟิล์มน้ำภายนอกท่อและน้ำร้อนภายในท่อกับตัวแปรต่าง ๆ คือ อัตราการไหลของฟิล์มน้ำ, รูปแบบการไหล, ระยะห่างระหว่างท่อและความเร็วลม ทดลองกับท่อทองแดงขนาด 12.8 มม. และ 19 มม. ผลการทดลองที่ได้พบว่าอัตราการไหลของฟิล์มน้ำเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนมากที่สุดซึ่งอัตราการไหลฟิล์มที่น้อยกว่า 0.1 kg/m.s จะทำให้เกิดรูปแบบการไหลแบบ droplet และเมื่อเพิ่มอัตราการไหลฟิล์มมากขึ้นจะทำให้รูปแบบฟิล์มเปลี่ยนเป็นแบบ column และเมื่อเพิ่มอัตราการไหลมากกว่า 0.3 kg/m.s จะทำให้เกิดการไหลแบบ liquid sheet ซึ่งอัตราการไหลเพิ่มขึ้นจาก 0.1 ถึง 0.3 kg/m.s จะทำให้สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูงขึ้น 36% แต่เมื่อทำการเปรียบเทียบสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของท่อขนาด 19 มม. จะมีค่อน้อยกว่าท่อขนาด 12.8 มม. ประมาณ 15-35% เมื่อระยะห่างระหว่างท่อเพิ่มขึ้นคิดเป็นค่า s/d จาก 1.4 เป็น 2.5 และ 3.5 ตามลำดับพิจารณาที่อัตราการไหล 0.2 kg/m.s จะได้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนลดลงประมาณ 7-8% ที่ท่อขนาด 12.8 มม. และลดลง 20.4% ที่ท่อขนาด 19 มม. ส่วนผลการเพิ่มความเร็วลมในการศึกษานี้คือ 0.96, 1.2 และ 1.45 m/s จะส่งผลส่วนใหญ่ทำให้การถ่ายเทความร้อนแย่ลงเนื่องจากส่งผลรบกวนการไหลฟิล์มมากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อค่า s/d เพิ่มขึ้น โดยสรุปแล้วการถ่ายเทความร้อนบนท่อเรียบแนวนอนนี้จะมีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูงเมื่ออัตราการไหลฟิล์มสูงขึ้นและขนาดของท่อที่เล็กกว่าโดยมีระยะห่างของจุดศูนย์กลางท่อไม่เกิน 2 เท่า ซึ่งจะลดปัญหาการรบกวนการไหลฟิล์มจากลมและสภาวะแวดล้อมอื่น ๆ โดยความเร็วลมที่เหมาะสมไม่ควรไปทำลายรูปแบบการไหลของฟิล์ม