การศึกษาเชิงตัวเลขของการแจกแจงอุณหภูมิในแท่งเหล็กบริเวณทางออกของเตาเผาเหล็กโดยคำนึงถึงผลจากการสูญเสียความร้อนที่ช่องเปิด

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการถ่ายเทความร้อนของแท่งเหล็กบริเวณช่องเปิดโดยการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และแก้สมการกำกับด้วยระเบียบวิธีเชิงตัวเลขเพื่อทำนายการแจกแจงอุณหภูมิในแท่งเหล็ก และศึกษาปัจจัยที่มีผลสำคัญต่อการแจกแจงอุณหภูมิอันจะเป็นแนวทางในการป้องกันปัญหาการแจกแจงอุณหภูมิในแท่งเหล็กที่ไม่สม่ำเสมอได้ เตาเผาเหล็กที่ศึกษาเป็นเตาแบบผลักดัน (pusher type reheating furnace) ใช้น้ำมันเตาเป็นเชื้อเพลิง การวิเคราะห์แบบจำลองทางคณิตศาสตร์จะพิจารณาปัญหาเป็นแบบสองมิติในสภาวะคงตัว และกำหนดเงื่อนไขขอบเขตให้มีการแผ่รังสีความร้อนจากแก๊สและผนังเตา การพาความร้อน และถ่ายเทความร้อนจากการเปิดและปิดประตูเตา ใช้การคำนวณซ้ำแบบเกาส์-ไซเดล (Gauss-Seidel iteration) ทำนายการแจกแจงอุณหภูมิในแท่งเหล็ก เปรียบเทียบผลการคำนวณกับค่าที่วัดได้จากโรงงานด้วยกล้องถ่ายภาพความร้อน ศึกษาปัจจัยที่มีผลต่อการแจกแจงอุณหภูมิในแท่งเหล็กโดยปรับเปลี่ยนค่าตัวแปรต่าง ๆ ของแบบจำลองแล้ววิเคราะห์ผลว่าตัวแปรใดมีผลสำคัญต่อการแจกแจงอุณหภูมิในแท่งเหล็ก จากการเปรียบเทียบผลที่ได้จากการศึกษาเชิงตัวเลขกับค่าที่ตรวจวัดได้จากพบว่ามีความสอดคล้องกันด้านคุณภาพ การสูญเสียความร้อนผ่านพื้นเตามีค่ามากที่สุด ดังนั้นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อการแจกแจงอุณหภูมิมากที่สุดคืออุณหภูมิภายในของพื้นเตา จึงควรหุ้มฉนวนที่พื้นเตาเพื่อลดการสูญเสียความร้อนส่วนใหญ่และส่งผลให้อุณหภูมิภายในของพื้นเตามีค่าสูงขึ้น นอกจากนี้การหุ้มฉนวนที่ประตูเตาเป็นอีกวิธีหนึ่งที่สามารถลดการสูญเสียความร้อนที่ไม่จำเป็นและช่วยให้การแจกแจงอุณหภูมิในแท่งเหล็กมีความสม่ำเสมอมากขึ้น