แบบจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณสำหรับเตาเผาอิฐดิน

Abstract

กระบวนการเผาอิฐดิน ถือเป็นหนึ่งในขั้นตอนสำคัญที่สุดในการทำให้ตัวผลิตภัณฑ์อิฐดินเผาเกิดการแข็งตัว จากข้อมูลอุตสาหกรรมท้องถิ่นของจังหวัดพระนครศรีอยุธยา เตาเผาอิฐดินเกิดจากการนำอิฐดิบรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าโดยประมาณ มีความกว้าง 7.5 ซม. ความยาว 15 ซม. และ ความสูง 4.5 ซม. มาเรียงซ้อนกันจนมีรูปร่างเป็นกล่องสี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาดใหญ่ที่มีขนาดความกว้าง 915 ซม. ความยาว 470 ซม. และ ความสูง 225 ซม. ในการจัดเรียงจะมีการเว้นช่องว่างสี่เหลี่ยมตามแนวตั้งที่มีขนาดความกว้าง 15 ซม. ความยาว 10 ซม. และ ความสูง 225 ซม. เชื่อมกับช่องว่างสี่เหลี่ยมตามแนวนอนที่มีขนาดความกว้าง 15 ซม. ความยาว 470 ซม. และ ความสูง 45 ซม. ทางด้านล่างของเตา โดยช่องว่างทั้งหมดจะถูกเติมด้วยแกลบจนเต็มก่อนจะทำการจุดไฟเผาจากช่องเปิดทางด้านล่างของเตา ผลที่ได้ พบว่า มีผลิตภัณฑ์อิฐดินเผากว่าร้อยละ 15 ที่ไม่ถูกเผา ดังนั้น งานวิจัยชิ้นนี้มีวัตถุประสงค์ที่จะลดความซับซ้อนของการจัดเรียงอิฐดิน และปรับเปลี่ยนการออกแบบเตาเผาอิฐดินโดยใช้แบบจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (Computational Fluid dynamics) แบบสามมิติ และทำการศึกษาผลของพารามิเตอร์ต่างๆ ตามการออกแบบการทดลองเชิงแฟกทอเรียล (2k factorial design) โดยมีตัวแปรดำเนินการที่ศึกษาคือ ความสูงของเตาเผา (200-225 ซม.) ความสูง (45-60 ซม.) และ ความกว้าง (7.5-15 ซม.) ของช่องตามแนวนอนด้านล่างของเตา และมีตัวแปรตอบสนองที่ศึกษา คือ จำนวนปริมาตรรวมของผลิตภัณฑ์ที่ได้คุณภาพ อุณหภูมิเฉลี่ยที่ภาวะคงตัว รวมไปถึงเวลาที่ให้อุณหภูมิเข้าสู่ภาวะคงตัว ผลของการวิเคราะห์ความแปรปรวน (ANOVA) จากการทดลองเชิงแฟกทอเรียลแสดงให้เห็นว่า ปัจจัยความกว้างและความสูงของช่องตามแนวนอนด้านล่างเตาเผาส่งผลกระทบต่อเวลาที่ให้อุณหภูมิเข้าสู่ภาวะคงตัว แต่ในส่วนของอุณหภูมิเฉลี่ยที่ภาวะคงตัว และจำนวนปริมาตรรวมของก้อนผลิตภัณฑ์อิฐดินเผาที่ได้คุณภาพนั้นจะขึ้นอยู่กับทั้ง 3 ตัวแปรดำเนินการ ซึ่งเมื่อนำผลจากการออกแบบการทดลองนี้ไปสร้างระบบจริง พบว่า เตาเผาอิฐดินที่สร้างตามรูปแบบที่เหมาะสมจะมีผลิตภัณฑ์อิฐดินเพียงร้อยละ 5 ที่ไม่ถูกเผา