การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของหม้อน้ำรถยนต์ เมื่อมีการเพิ่มการไหลแบบปั่นป่วน ภายในท่อด้วยพื้นผิวที่แตกต่างกัน

Abstract

เปรียบเทียบประสิทธิภาพของหม้อน้ำรถยนต์ เมื่อมีการเพิ่มการไหลแบบปั่นป่วนด้วยพื้นผิวแบบขรุขระ ที่แตกต่างกันบนผนังด้านในของท่อ โดยพื้นผิวแบบขรุขระนี้ประกอบไปด้วยพื้นผิวแบบริบรูปตัววี พื้นผิวริบแบบขนาน พื้นผิวแบบริบรูปตัววีแยกกลาง และพื้นผิวแบบดิมเปิล การจัดเรียงตัวของพื้นผิวริบบนผนังท่อด้านตรงข้ามทั้งสองด้าน จะมีทั้งแบบตรงในแนวเดียวกันและแบบเยื้องกัน (สำหรับริบรูปตัววีการจัดเรียงจะเป็นแบบเยื้องกันเท่านั้น) พื้นผิวริบทั้งหมดจะเอียงทำมุม 45ํ กับทิศทางการไหลของน้ำ การศึกษานี้จะอยู่ในช่วงเลขเรย์โนลด์ของน้ำระหว่าง 2,500 ถึง 16,000 โดยค่าความเร็วของอากาศมีค่าคงที่ที่ 8 เมตรต่อวินาที จากการศึกษาพบว่าหม้อน้ำที่ใช้ท่อแบบริบรูปตัววี จะให้ค่าการระบายความร้อนที่ดีที่สุด ตามมาด้วยหม้อน้ำที่ใช้ท่อแบบดิมเปิล และหม้อน้ำที่ใช้ท่อแบบผิวเรียบ จากการเปรียบเทียบพบว่า หม้อน้ำแบบผิวเรียบจะให้อัตราส่วนของการระบายความร้อน ที่เพิ่มขึ้นต่อหนึ่งหน่วยพลังงานที่สูญเสีย จากความเสียดทานที่มากที่สุด กล่าวคือในสภาวะที่ความดันลดถูกจำกัดที่อัตราการไหลหนึ่งๆ หม้อน้ำที่ใช้ท่อแบบผิวเรียบ จะให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ดีที่สุด แต่เมื่อเปรียบเทียบที่ค่ากำลังการส่งจ่ายของไหลที่เท่ากัน หม้อน้ำที่ใช้ท่อแบบริบรูปตัววี จะให้การระบายความร้อนต่อหนึ่งหน่วยปริมาตรของหม้อน้ำที่ดีที่สุด ดังนั้นจึงสามารถนำพื้นผิวแบบริบมาประยุกต์ใช้กับผิวของท่อ เพื่อลดปริมาตรและวัตถุดิบในการผลิตหม้อน้ำรถยนต์ ในการวิจัยยังพบว่าพื้นผิวแบบขรุขระที่มาจากการกดขึ้นรูปบนผิวท่อ จะทำให้การสัมผัสกันของครีบกับผิวท่อด้านนอกไม่สมบูรณ์ ทำให้การถ่ายเทความร้อนจากน้ำร้อนด้านในท่อ ออกสู่อากาศด้านนอกมีค่าลดลง ส่งผลให้การถ่ายเทความร้อนรวมของหม้อน้ำ ที่ใช้ผิวท่อแบบขรุขระบางใบมีค่าการระบายความร้อน ที่ต่ำกว่าหม้อน้ำที่ใช้ท่อแบบผิวเรียบ