การศึกษาผลของการพาความร้อนต่อการก่อตัวของน้ำแข็งด้วยระเบียบวิธีเชิงตัวเลข

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้เสนอการศึกษาผลของการพาความร้อนต่อการก่อตัวของน้ำแข็ง ด้วยระเบียบวิธีเชิงตัวเลข โดยการใช้โปรแกรม FLUENT ซึ่งเป็นโปรแกรมเชิงพาณิชย์ในการจำลองแบบ องค์ประกอบหลักของวิทยานิพนธ์นี้แบ่งเป็น 3 ส่วน โดยส่วนแรกกล่าวถึงความเป็นมา ความสำคัญของหัวข้อวิจัย การรวบรวมและสรุปเอกสารและงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสถานะของสสาร ส่วนที่สองอธิบายถึงทฤษฎีที่เกี่ยวข้องและการใช้โปรแกรม โดยโปรแกรม FLUENT ใช้สมการพื้นฐานทางพลศาสตร์ของไหลเป็นสมการครอบคลุม และใช้ระเบียบวิธีไฟไนท์วอลุมในการหาคำตอบ ใช้ enthalpy – porosity method ในการแก้ปัญหาการเปลี่ยนสถานะ, pressure - based solver ในการแก้ปัญหา, power-law scheme ในการประมาณค่าระหว่างจุดต่อ, first order implicit scheme ในการแบ่งย่อยเชิงเวลา และวิธี green – gauss cell based ในการประมาณค่าความชัน ส่วนสุดท้ายเป็นการตรวจสอบความถูกต้องของโปรแกรม สำหรับปัญหาการก่อตัวของน้ำแข็งกรณีไม่มีการพาความร้อน พบว่าผลที่ได้มีแนวโน้มใกล้เคียงผลเฉลยแม่นตรง และผลที่ได้จากงานวิจัยในอดีต โดยมีความคลาดเคลื่อนมากในบริเวณใกล้ขอบ และบริเวณเส้นแบ่งสถานะ เนื่องจากความชันของกากระจายตัวของอุณหภูมิที่มีค่ามากและการคำนวณความร้อนแฝง และสำหรับปัญหาการก่อตัวของน้ำแข็งกรณีมีการพาความร้อน พบว่าโปรแกรม FLUENT มีข้อจำกัดในการจำลองแบบคือมี mushy zone ปรากฏขึ้น แม้ว่าการเปลี่ยนสถานะของน้ำเป็นการเปลี่ยนสถานะแบบแบ่งชัดเจน