ประสิทธิภาพและเกณฑ์การออกแบบอุปกรณ์เติมอากาศแบบเวนจูรีและการใช้งานร่วมกับอุปกรณ์สร้างฟิล์มของเหลว

Abstract

งานวิจัยนี้มุ่งเน้นศึกษาอุปกรณ์เติมอากาศเวนจูรี (Venturi Air Injector) ในด้านประสิทธิภาพการเติมอากาศ ปัจจัยที่ส่งผลประทบต่อประสิทธิภาพการเติมอากาศ การพัฒนาประสิทธิภาพการเติมอากาศด้วยการติดตั้งอุปกรณ์สร้างฟิล์มของเหลว (Liquid Film Forming Apparatus) และการสร้างสมการทำนายประสิทธิภาพการเติมอากาศของอุปกรณ์เวนจูรี โดยงานวิจัยเริ่มจากการทดสอบอุปกรณ์เวนจูรีขนาด 2 นิ้ว ได้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทออกซิเจนที่สภาวะมาตรฐาน (KLa20) เท่ากับ 30.57 ชม.-1 ค่าอัตราการถ่ายเทออกซิเจนมาตรฐาน (SOTR) เท่ากับ 236.62 กรัม-ออกซิเจน/ชม. ค่าประสิทธิภาพการเติมอากาศมาตรฐาน (SAE) เท่ากับ 0.22 กก.ออกซิเจน/กิโลวัตต์-ชม. และค่าประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนมาตรฐาน (SOTE) เท่ากับ 3.98% ตามลำดับ ที่อัตราการไหลน้ำ 240 ลิตร/นาที แรงดัน 1.15 บาร์ ความลึกน้ำ 70 เซนติเมตร โดยปัจจัยหลักที่ส่งผลประทบต่อประสิทธิภาพของเวนจูรีได้แก่ 1) เครื่องสูบน้ำ 2) การออกแบบอุปกรณ์เวนจูรี และ 3) การติดตั้งอุปกรณ์เวนจูรี ปัจจัยแรกควรเลือกเครื่องสูบน้ำให้เหมาะสมกับสภาวะการเดินระบบ (Operating Point) ของเวนจูรีแต่ละขนาดซึ่งควรตกอยู่ในช่วงกึ่งกลาง Pump Curve ของเครื่องสูบน้ำที่เลือกใช้งาน ปัจจัยที่สองการออกแบบอุปกรณ์เวนจูรีพบว่าอัตราส่วนหน้าตัดบริเวณคอคอดต่อหน้าตัดทางน้ำเข้า (Dt/D) เท่ากับ 0.5 มีค่าเรย์โนลด์นัมเบอร์ด้านขาเข้าที่เหมาะสมอยู่ในช่วง 63,000 – 188,000 ปัจจัยที่สามการติดตั้งเวนจูรีโดยเลือกอัตราไหลน้ำและระดับความลึกน้ำที่เหมาะสม จากการทดลองพบว่าความเร็วน้ำที่บริเวณคอคอดของเวนจูรีที่ให้ประสิทธิภาพในการดูดอากาศสูงอยู่ในช่วง 12 – 15 เมตร/วินาที และระดับความลึกน้ำที่เพิ่มสูงขึ้นส่งผลประสิทธิภาพการเติมอากาศดีขึ้น แต่อัตราการไหลอากาศจากเวนจูรีที่เหมาะสมจะสูงขึ้นตาม ด้านตัวแปรอุทกศาสตร์ฟองอากาศจากอุปกรณ์เวนจูรีพบว่า การเคลื่อนที่ของฟองอากาศมีลักษณะเป็นเส้นโค้งขึ้นสู่ผิวน้ำ โดยระยะทางที่ฟองอากาศพุ่งไปด้านหน้าจะแปรผันตรงกับอัตราการไหลน้ำ และตัวแปรขนาดฟองอากาศ (DB) ของเวนจูรีขนาด 2 นิ้ว ที่อัตราไหลอากาศ 2 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง พบว่ามีค่าเฉลี่ยขนาดฟองอากาศเท่ากับ 3.26 มิลลิเมตร ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าฟองอากาศจากหัวทราย แต่มีขนาดใกล้เคียงกับฟองอากาศจากท่อยางยืดหยุ่น การพัฒนาประสิทธิภาพอุปกรณ์เวนจูรีโดยการติดตั้งอุปกรณ์สร้างฟิล์มของเหลว สามารถเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทออกซิเจน (KLa) ได้ประมาณ 5.10 – 9.43 % และจากผลการทดลองประสิทธิภาพของเวนจูรีขนาด 2 นิ้ว สามารถนำมาสร้างสามารถสมการทำนายค่าอัตราส่วนการไหลของอากาศต่อน้ำ (Qg/Qw) และสร้างสมการทำนายค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทออกซิเจนมาตรฐาน (KLa20) โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุด 12.03% และ 14.50% ตามลำดับ