ผลของเจ็ตควบคุมตามแนวเส้นรอบวงต่อการเหนี่ยวนำการผสม และกลไกการเหนี่ยวนำการผสมในระนาบตัดขวางการไหลของเจ็ตในกระแสลมขวาง

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาผลของเจ็ตควบคุมตามแนวเส้นรอบวงต่อการเหนี่ยวนำการผสม และกลไกการเหนี่ยวนำการผสมในระนาบตัดขวางการไหลของเจ็ตในกระแสลมขวางที่ไม่มีการควบคุม (JICF) และมีการควบคุม (cJICF) โดยใช้ Stereoscopic Particle Image Velocimetry (SPIV) ควบคู่กับเทคนิคการใส่อนุภาคติดตามการไหล 2 ลักษณะคือ (A) การใส่อนุภาคติดตามการไหลเฉพาะในส่วนของเจ็ตเท่านั้น ไม่ใส่ในกระแสลมขวาง และ (B) การใส่อนุภาคติดตามการไหลทั้งในส่วนของเจ็ตและกระแสลมขวาง การทดลองในกรณีไม่ฉีดเจ็ตควบคุมทำการทดลองที่อัตราส่วนความเร็วประสิทธิผล (r) เท่ากับ 4 ตัวเลขเรย์โนลด์ของกระแสลมขวางเท่ากับ 3,100 และกรณีควบคุมด้วยเจ็ตควบคุมตามแนวเส้นรอบวงที่ตำแหน่ง ±165 องศา (I165) ที่อัตราส่วนอัตราการไหลเชิงมวลของเจ็ตควบคุมต่อเจ็ตหลัก (rm) เท่ากับ 4% จากผลการศึกษาพบว่า การประยุกต์ใช้เจ็ตควบคุมตามแนวเส้นรอบวงที่ตำแหน่ง ±165 องศา (I165) จะช่วยส่งเสริม (promote) ให้การเหนี่ยวนำการผสมเพิ่มสูงขึ้นทุกตำแหน่งตามการไหลที่ทำการทดลอง นอกจากนี้ยังพบว่า การฉีดเจ็ตควบคุมจะก่อให้เกิดโครงสร้าง Wake อย่างชัดเจนที่บริเวณด้านล่างของเจ็ต สำหรับการศึกษากลไกการเหนี่ยวนำการผสมในระนาบตัดขวางการไหลของเจ็ตในกระแสลมขวางที่ไม่มีการควบคุม พบว่าสามารถแบ่งแยกออกเป็น 3 ขั้นดังนี้ 1) โครงสร้าง Counter-rotating vortex pair (CVP) ของเจ็ตเป็นโครงสร้างหลักของกลไกการเหนี่ยวนำการผสมในระนาบตัดขวางของเจ็ตในกระแสลมขวาง โดยโครงสร้าง CVP ของเจ็ตจะเหนี่ยวนำกระแสลมขวางบริสุทธิ์บริเวณด้านข้างของเจ็ตให้มีการเคลื่อนที่หมุนวนลงมาที่ขอบเจ็ตด้านล่าง 2) โครงสร้าง CVP ของเจ็ตจะเหนี่ยวนำให้เกิดช่องการไหลลู่เข้า-ออกขึ้นในแนวดิ่ง (converging-diverging vertical channel of high upward flow) ซึ่งจะมีอัตราการเหนี่ยวนำการผสมสูงที่บริเวณที่มีการไหลลู่เข้า 3) โครงสร้างรูปไต (Kidney-shaped structure) จะเหนี่ยวนำส่วนผสมของเจ็ตที่ผสมแล้วจากบริเวณช่องการไหลลู่ออกเข้าไปผสมกับตัวเจ็ตเอง คล้ายกับการเหนี่ยวนำการผสมของเจ็ตอิสระ (Free jets) เมื่อฉีดเจ็ตควบคุมที่ตำแหน่ง I165 พบว่า กลไกการเหนี่ยวนำการผสมในระนาบตัดขวางยังคงคล้ายกับกรณีไม่ฉีดเจ็ตควบคุม อย่างไรก็ตามเนื่องจากการมีอยู่ของโครงสร้าง Wake ทำให้พื้นที่การเกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างเจ็ตและกระแสลมขวางมีมากขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนการเหนี่ยวนำการผสมเมื่อฉีดเจ็ตควบคุมมากกว่ากรณีไม่ฉีดเจ็ตควบคุม นอกจากนี้ยังทำการทดลองในระนาบสมมาตรการไหลเพื่อศึกษาหากลไกการเหนี่ยวนำการผสมอื่นในเบื้องต้น พบว่า บริเวณขอบเจ็ตด้านหน้า (Windward) โครงสร้าง Spanwise roller ของเจ็ตจะเป็นอีกกลไกการเหนี่ยวนำการผสมหนึ่งซึ่งพบได้ในระนาบสมมาตร นอกจากนั้นยังพบว่ามีเพียงความเร็วของกระแสลมขวางบริสุทธิ์ในแนวแกน Streamwise เท่านั้นที่ก่อให้เกิดการเหนี่ยวนำการผสม เมื่อฉีดเจ็ตควบคุมที่ตำแหน่ง I165 พบว่า บริเวณขอบเจ็ตด้านหน้า (Windward) กลไกการเหนี่ยวนำการผสมในระนาบสมมาตรยังคงคล้ายกับกรณีไม่ฉีดเจ็ตควบคุม อย่างไรก็ตามเมื่อฉีดเจ็ตควบคุมจะส่งผลให้พื้นที่การเกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างเจ็ตและกระแสลมขวางที่บริเวณใกล้ปากทางออกของเจ็ตเพิ่มมากขึ้น และมีการนูนออก ทำให้หลังจากการเข้าปะทะกับเจ็ตที่บริเวณด้านหน้า (Windward) กระแสลมขวางบริสุทธิ์จะเกิดการเลี้ยวเบนลงในแนวดิ่ง ดังนี้นอกจากความเร็วของกระแสลมขวางบริสุทธิ์ในแนวแกน Streamwise แล้ว ความเร็วของกระแสลมขวางบริสุทธิ์ในแนวแกน Transverse จะก่อให้เกิดการเหนี่ยวนำการผสมด้วย ด้วยปัจจัยเหล่านี้สอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนการเหนี่ยวนำการผสมเมื่อฉีดเจ็ตควบคุมที่ตำแหน่ง I165 เมื่อเทียบกับกรณีไม่ฉีดเจ็ตควบคุม