ผลของอัตราส่วนอัตราการไหลเชิงมวลของเจ็ตควบคุมตามแนวเส้นรอบวงต่อเจ็ตหลักต่อโครงสร้างการผสมของเจ็ตในกระแสลมขวางโดยใช้ POD

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาผลของอัตราส่วนอัตราการไหลเชิงมวลของเจ็ตควบคุมตามแนวเส้นรอบวงต่อเจ็ตหลัก (rm) ที่มีต่อโครงสร้างการไหลของเจ็ตในกระแสลมขวางด้วยกระบวนการ Proper Orthogonal Decomposition (POD) การวัดสนามความเร็วขณะใด ๆ ในระนาบจะใช้ Stereoscopic Particle Image Velocimetry (SPIV) โดยใส่อนุภาคติดตามการไหล 2 วิธี คือ 1) วิธีใส่อนุภาคติดตามการไหลเฉพาะเจ็ตเท่านั้น ไม่ใส่ในกระแสลมขวาง ทำให้สามารถระบุและแยกแยะบริเวณที่มีส่วนผสมของเจ็ตและโครงสร้างของเจ็ตออกจากบริเวณกระแสลมขวางบริสุทธิ์ ดังนั้นด้วยวิธีการใส่อนุภาคนี้ ไม่เพียงแต่สามารถวิเคราะห์โครงสร้างที่มีส่วนผสมของเจ็ตได้อย่างชัดเจนเท่านั้น แต่ยังทำให้สามารถประเมินหาอัตราส่วนการเหนี่ยวนำการผสมได้โดยตรง และยังทำให้สามารถประเมินหาความน่าจะเป็นที่จะพบส่วนผสมของเจ็ต ณ จุดใด ๆ ได้ 2) วิธีใส่อนุภาคติดตามการไหลทั้งเจ็ตและกระแสลมขวาง ด้วยวิธีนี้ ประกอบกับวิธีใส่อนุภาคเฉพาะเจ็ตเท่านั้น ทำให้สามารถวิเคราะห์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างส่วนผสมของเจ็ตและกระแสลมขวางบริสุทธิ์ได้ชัดเจนมากขึ้น โดยทดลองกรณีเจ็ตในกระแสลมขวาง (JICF) ที่อัตราส่วนความเร็วประสิทธิผล (r) เท่ากับ 4.2 ตัวเลขเรย์โนลดส์ของกระแสลมขวางเท่ากับ 5,700 และกรณีฉีดเจ็ตควบคุมโดยฉีดที่ตำแหน่ง ±135o ที่ปริมาณ rm 2 ปริมาณ คือ 2% และ 4% จากผลการศึกษาของวิธีใส่อนุภาคเฉพาะเจ็ตเท่านั้นซึ่งจะเป็นโครงสร้างที่มีส่วนผสมของเจ็ตเท่านั้น พบว่า เมื่อเพิ่มปริมาณ rm สูงขึ้นเป็น 4% จะไปกระตุ้นให้โครงสร้างที่มีส่วนผสมของเจ็ตทั้ง POD Mode 1, 2 และ 3 มีการเปลี่ยนแปลงไปอย่างชัดเจน และมีเสถียรภาพมากขึ้นเมื่อเจ็ตพัฒนาตัวไปตามแนว downstream เมื่อเทียบกับการฉีดเจ็ตควบคุมที่ rm = 2% และกรณีไม่ฉีดเจ็ตควบคุม (JICF) จากการพิจารณาโครงสร้าง POD Mode 1, การกระจายตัวของระดับพลังงาน และโครงสร้างความเร็วเฉลี่ย ที่ได้จากทั้ง 2 วิธีการใส่อนุภาค พบว่า โครงสร้างที่มีส่วนผสมของเจ็ต กล่าวโดยเฉพาะเจาะจงคือ โครงสร้าง CVP จะเหนี่ยวนำกระแสลมขวางบริสุทธิ์ในบริเวณด้านล่างของเจ็ตให้เกิดการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วนหรือเริ่มมีส่วนร่วมกับการไหลปั่นป่วนของเจ็ต และจะเหนี่ยวนำกระแสลมขวางจากบริเวณด้านล่างของเจ็ตนี้ขึ้นไปผสมกับตัวเจ็ตผ่านทางช่องแนวดิ่ง (vertical channel) ที่มีความเร็วในแนว traverse ทิศพุ่งขึ้นสูง ที่อยู่ระหว่างคู่ vortex ของ CVP โดย CVP จะเป็นตัวเหนี่ยวนำและขับเคลื่อนทำให้ช่องแนวดิ่งนี้ยังคงอยู่ได้เมื่อเจ็ตพัฒนาตัวไปตามแนว downstream ผลการศึกษาชี้แนะว่า กลไกการเหนี่ยวนำของ CVP ที่ทำให้เกิดช่องแนวดิ่งที่มีความเร็วในแนว traverse ทิศพุ่งขึ้นสูงนำของไหลในกระแสลมขวางที่บริเวณด้านล่างของเจ็ตขึ้นไปผสมกับตัวเจ็ตนี้ น่าจะเป็นกลไกการเหนี่ยวนำการผสมหลักกลไกหนึ่งของเจ็ตในกระแสลมขวางในระนาบตัดขวาง ท้ายสุด จากผลการศึกษา พบว่า เมื่อฉีดเจ็ตควบคุมที่ปริมาณ rm สูงขึ้นเป็น 4% จะทำให้อัตราส่วนการเหนี่ยวนำการผสมเชิงปริมาตรเพิ่มขึ้นถึง 45% ที่ตำแหน่ง x/rd = 0.5 เมื่อเทียบกับกรณีไม่ฉีดเจ็ตควบคุม สันนิษฐานว่าการเพิ่มขึ้นของการเหนี่ยวนำการผสมของกรณี rm = 4% มีสาเหตุหนึ่งมาจากการทะลุทะลวงที่สูงกว่าของ CVP ในกรณีนี้ทำให้ผลกระทบจากการจำกัดการเหนี่ยวนำการผสมโดยผนังที่พื้น (wall blocking) น้อยลงเมื่อเทียบกับกรณีฉีดเจ็ตควบคุมที่ปริมาณ rm = 2% และกรณีที่ไม่ฉีดเจ็ตควบคุม (JICF)