เขตความเฉือนของมวลเม็ดวัตถุซึ่งกำลังไหล

Abstract

การศึกษาเรื่องเขตความเฉือนของเมล็ดวัตถุซึ่งกำลังไหล เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาเกี่ยวกับการกระจายความเร็ว เขตความเฉือนคือบริเวณที่มีความลาดของความเร็วในการทดลองครั้งนี้ได้กระทำในถัง 2 มิติ ก้นแบน ที่ก้นถังมีรูสำหรับให้เมล็ดวัตถุไหลได้ ระยะห่างระหว่างผนังด้านข้าง 2 ข้าง เรียกว่า ความกว้างของถังซึ่งปรับได้ตั้งแต่ 0-40 ซม. ส่วนขนาดของรูปรับได้ตั้งแต่ 0-40 ซม. เช่นกัน ความสูงของถังเท่ากับ 120 ซม. ผนังด้านหน้าและด้านหลังทำด้วยกระจกใสวางห่างกัน 2 ซม. เรียกระยะห่างระหว่างกระจกนี้ว่าความหนาของถัง เมล็ดวัตถุที่ใช้ศึกษาใช้เมล็ดข้าวเหนียวขาว การหาความเร็วใช้วิธีติดตามการไหลของตัวสำหรับสังเกต ซึ่งในที่นี้ใช้เมล็ดข้าวเหนียวดำ ซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายกับเมล็ดข้าวเหนียวขาว โดยมีเมล็ดข้าวเหนียวดำประมาณ 5% จากการทดลองพบว่าเขตการไหลมี 4 เขต คือ เขตการไหลแบบแท่ง เขตเปลี่ยนแปลง เขตนิ่ง และเขตการไหลแบบลู่ลง ในเขตการไหลแบบแท่งจะเกิดที่ตอนเหนือขึ้นไปจากรู ประมาณ 40 ซม. ขึ้นไป เป็นเขตที่เมล็ดข้าวเหนียวไหลด้วยความเร็วคงที่ ไม่มีความลาดของความเร็ว คือไม่มีเขตความเฉือนในบริเวณนี้ ซึ่งเขตการไหลแบบแท่งนี้ จะเกิดขึ้นต่อเมื่ออัตราส่วนระหว่างความกว้างของถังกับขนาดของรู มีค่าน้อยกว่า 11 แต่ถ้าอัตราส่วนเกิน 11 จะมีเขตความเฉือนระหว่างผนัง 2 ข้าง กับแนวการไหลแบบแท่งซึ่งอยู่ตรงกลาง เขตเปลี่ยนแปลงเป็นเขตที่อยู่ระหว่างเขตการไหลแบบแท่ง และเขตการไหลแบบลู่ลง เขตนิ่งเป็นเขตที่อยู่ตอนมุมล่างของถัง เมล็ดข้าวเหนียวจะไม่ไหลในเขตนี้ และจะกองเอียงทำมุมกับแนวระดับประมาณ 37 องศา เขตการไหลแบบลู่ลงเป็นเขตที่อยู่เหนือขึ้นไปจากรูประมาณไม่เกิน 30 ซม. ในเขตนี้เมล็ดข้าวเหนียวจะไหลด้วยอัตราเร่ง ในเขตนี้มีความลาดของความเร็วเกิดขึ้น นั่นคือมีเขตความเฉือนนั่นเอง การทดลองในเขตการไหลแบบลู่ลงนี้ ได้นำผลไปเปรียบเทียบกับแบบจำลองคิเนเมติกส์ สำหรับการไหลของเมล็ดวัตถุ อาร์ เอ็ม เนดเดอร์แมนและยู ทูซึน ปรากฎว่าได้ผลอยู่ในเกณฑ์ดีพอสมควร มีค่าผิดพลาดเฉลี่ยประมาณ 15 %