การออกแบบคอมแพคไมโครแชนแนลรูปแบบโค้งสำหรับการไหลแบบขนานของของไหลสองชนิดที่ไม่ละลายเข้าหากัน

Abstract

งานวิจัยชิ้นนี้ได้ศึกษาการจำลองเชิงตัวเลขของของไหล 2 ชนิดที่ไม่ละลายเข้าหากันภายในอุปกรณ์ไมโครแชนแนลโดยใช้โปรแกรม ANSYS FLUENT VERSION 15.0 เพื่อวิเคราะห์แนวทางการเพิ่มค่าสัดส่วนพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างของไหล 2 ชนิดที่ไหลคู่ขนานกันต่อปริมาตรโดยรวมของของไหล (Surface Area to Volume Ratio, SVR) โดยใช้หลักการของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง รูปแบบท่อที่ศึกษาได้แก่รูปแบบโค้งที่มีรัศมีคงที่ และรูปแบบโค้งที่มีรัศมีไม่คงที่ เปรียบเทียบกับรูปแบบท่อตรงโดยกำหนดให้สภาพการไหลภายในอุปกรณ์นั้นยังคงสภาพการแยกชั้นและไหลคู่ขนานกันอย่างต่อเนื่องจนถึงทางออกของอุปกรณ์ไมโครแชนแนล จากการศึกษาพบว่าอุปกรณ์ไมโครแชนแนลในช่องทางแบบโค้งที่อัตราการไหล 0.01 – 0.2 mm3/s จะเกิดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางภายในช่องทางการไหลส่งผลให้ค่า SVR สูงกว่าแบบตรงประมาณ 10-95 % โดยขึ้นกับค่าอัตราการไหลและรัศมีความโค้งที่แตกต่างกัน การเปรียบเทียบไมโครแชนแนล 2 รูปแบบ พบว่าแบบโค้งที่มีรัศมีไม่คงที่ (Spiral) จะให้ค่า SVR ที่สูงกว่าแบบโค้งที่มีรัศมีคงที่ (Helix) 5-10 % ที่อัตราการไหลที่เท่ากัน โดยค่า SVR ที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ไมโครแชนแนลที่มีรูปแบบโค้งนั้นมีประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนมวลสารและพลังงานตลอดจนการเกิดปฏิกิริยาที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับแบบตรง แต่เมื่อพิจารณาไมโครแชนแนลรูปแบบโค้งจะพบว่าความดันตกคร่อมมีค่าที่สูงกว่าแบบตรงในงานวิจัยชิ้นนี้จึงเปรียบเทียบโดยการลดขนาดความยาวของไมโครแชนแนลรูปแบบโค้งให้มีค่าความดันตกคร่อมที่ใกล้เคียงกับรูปแบบตรงแล้วพิจารณาค่าพื้นที่ผิวสัมผัสรวม พบว่าที่อัตราการไหลตั้งแต่ 0.08 mm3/s ไมโครแชนแนลรูปแบบโค้งทั้งสองรูปแบบจะให้ค่าพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างของไหลและค่าสมรรถนะพื้นผื้นผิวสัมผัสต่อค่าความดันตกคร่อมได้สูงกว่า