อุทกพลศาสตร์ของช่วงการไหลในเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียนสองมิติ

Abstract

ปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียนเป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่มีบทบาทสำคัญในวงการอุตสาหกรรม เช่น เตาเผา การผลิตก๊าชจากถ่านหิน และการแตกตัวด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา แต่ขีดจำกัดในการประยุกต์ใช้เครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียนขึ้นอยู่กับภาวะอุทกพลศาสตร์ของแต่ละช่วงการไหลซึ่งมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกัน ดังนั้นการศึกษาช่วงการไหลรูปแบบใหม่จึงเป็นสิ่งที่สำคัญ ระบบบันทึกภาพนิ่งด้วยกล้อง CCD และเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียนสองมิติที่มีการป้อนของไหลครั้งเดียว (Single feed) ซึ่งทำจากพลาสติกอะคริลิค ความหนา 1 เซนติเมตร ท่อไรเซอร์มีความกว้าง 5 เซนติเมตร ยาว 15 เซนติเมตร และสูง 200 เซนติเมตร จึงได้ถูกสร้างขึ้น เพื่อศึกษาอุทกพลศาสตร์ของช่วงการไหลต่างๆ อากาศที่อุณหภูมิห้องทำหน้าที่เป็นวัฏภาคของไหลในระบบ วัฏภาคของแข็ง คือ อนุภาคทรายและพีวีซี ความเร็วเฉลี่ยของอนุภาคคำนวณได้จากความสัมพันธ์ระหว่างระยะขจัดและความเร็วในการปิดรูรับแสงของกล้องบันทึกภาพ จากการศึกษาพบว่า การกระจายตัวของความเร็วของอนุภาคในแนวดิ่งในช่วงการไหลแบบปั่นป่วนหมุนเวียนมีลักษณะเช่นเดียวกับความเร็วของอนุภาคที่หลุดออกจากเบด (Freeboard particle) ในช่วงการไหลแบบปั่นป่วน คือ มีการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอที่ค่าบวกตลอดแนวหน้าตัดของท่อไรเซอร์ แม้ว่าจะเป็นบริเวณใกล้กับผนังท่อไรเซอร์ก็ตาม นอกจากนี้ยังพบว่า ช่วงการไหลแบบปั่นป่วนหมุนเวียนยังสามารถเกิดได้ที่ภาวะที่อัตราการหมุนเวียนของของแข็งในระบบสูงและความเร็วของของไหลน้อยกว่าขนส่ง (Transport velocity) งานวิจัยนี้จึงสามารถใช้เป็นความรู้เบื้องต้นในการพัฒนาขีดความสามารถของเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียนให้มีศักยภาพสูงขึ้น และสามารถใช้ในการสอบเทียบ (Validation) แบบจำลองคณิตศาสตร์ต่อไปในอนาคต