การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเทียบกับเวลาภายในโลหะทรงกลมตันซึ่งตกอย่างอิสระภายใต้การเดือดเป็นชั้นฟิล์ม

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเทียบกับเวลาภายในโลหะทรงกลมตันซึ่งตกลงอย่างอิสระภายใต้การเดือดเป็นชั้นฟิล์ม โดยได้จัดทำระบบการทดลองเพื่อบันทึกข้อมูลการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิภายในและที่ผิวของโลหะตันทรงกลมอุณหภูมิสูงซึ่งตกลงในของเหลวระบายความร้อน โดยโลหะตันทรงกลมที่นำมาใช้เป็น ทรงกลมเหล็กกล้าไร้สนิมขนาดรัศมี 25.4 มิลลิเมตรระดับอุณหภูมิเริ่มต้นของโลหะทรงกลมตัน อยู่ระหว่าง 200-500 องศาเซลเซียส โดยได้ติดตั้งเทอร์โมคัพเปิลไว้สองจุด จุดแรกที่ตำแหน่งภายในทรงกลมที่ครึ่งหนึ่งของรัศมีจากที่ผิวและจุดที่สองที่ผิวของทรงกลม และใช้น้ำเป็นของเหลวระบายความร้อน โดยมีระยะทางการตกประมาณ 2 เมตร ข้อมูลการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่ผิวของโลหะทรงกลมถูกนำไปใช้เป็นขอบเขตเริ่มต้นของโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ถูกสร้างขึ้นจากแบบจำลองคณิตศาสตร์ที่อาศัยสมการการนำความร้อนของวัตถุทรงกลมเพื่อคำนวณอุณหภูมิภายในโลหะทรงกลมที่ตำแหน่งต่างๆ ข้อมูลการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิภายในของโลหะทรงกลมจากการทดลองถูกนำมาเปรียบเทียบกับผลการทำนายอุณหภูมิภายในโลหะทรงกลมของโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ประดิษฐ์ขึ้น ซึ่งผลที่ได้จากการคำนวณและจากผลการทดลองมีความสอดคล้องกันอย่างเป็นเหตุเป็นผล นอกจากนั้นผลการคำนวณชี้ให้เห็นว่า ในช่วงเวลาที่สนใจอุณหภูมิในโลหะตันทรงกลมมีการลดลงเฉพาะบริเวณใกล้ผิวโลหะตันทรงกลมเท่านั้น ที่ตำแหน่งบริเวณกลางทรงกลมค่าอุณหภูมิจะยังไม่มีการเปลี่ยนแปลง ซึ่งอธิบายได้ว่าการเกิดขึ้นของชั้นฟิล์มระหว่างกระบวนการถ่ายเทความร้อนทำหน้าที่เป็นฉนวนกันความร้อนจากภายในทรงกลมไม่ให้ถ่ายเท