การพัฒนาแบบจำลองของท่อลมที่คำนึงถึงการรั่วและการสูญเสียความร้อนของลมภายในท่อ

Abstract

ในปัจจุบันการออกแบบท่อลมตามมาตรฐานของ ASHRAE มีระบุไว้จำนวน 4 วิธีด้วยกันคือ วิธี Equal Friction,วิธี Static Regain,วิธี T-Method และ วิธี Velocity Reduction โดยวิธีเหล่านี้ ไม่มีการคำนึงถึงการรั่วไหล และ การถ่ายเทความร้อนของลมภายในท่อ ซึ่งมักจะเกิดขึ้นกับท่อลมเมื่อมีการใช้งานไประยะหนึ่ง โดยผลของทั้งคู่ทำให้เกิดความดันลดเพิ่มขึ้นภายในท่อลม ทำให้สมรรถนะการส่งลมของท่อลมลดลงและมีผลต่อพลังงานที่ใช้ในการส่งลมในท่อ งานวิจัยนี้จึงมีจุดมุ่งหมายเพื่อศึกษา และ พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของท่อลมโดยคำนึงถึงผลกระทบของการรั่ว และ การถ่ายเทความร้อนที่มีต่อความดันลดในท่อ โดยทำการทดลองเพื่อศึกษาพฤติกรรมของพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง และพบว่าการเพิ่มขึ้นของค่า Reynold No. ส่งผลให้เกิดการถ่ายเทความร้อนมากขึ้น อีกทั้งยังทำให้ความดันรวมลดในท่อเพิ่มมากขึ้น ในขณะที่การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิส่งผลให้ความดันรวมลดเพิ่มมากขึ้น นอกจากนี้ ยังพบว่าค่า Friction Factor จากการไหลในท่อที่มีการรั่ว มีค่าสูงกว่าท่อที่ไม่มีการรั่ว ผลการทดลองได้ถูกนำมาใช้ในการพัฒนาสมการในการหาค่า Friction Factor สำหรับการไหลในท่อที่มีการรั่ว เพื่อนำไปใช้ในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ แบบจำลองถูกพัฒนาขึ้นบนแนวคิดของการได้ความดันสถิตในท่อลมคืนมา โดยมีการคำนึงถึงการรั่วไหล และ การถ่ายเทความร้อนเข้าไปในแบบจำลองด้วยทั้งนี้ แบบจำลองที่พัฒนาประกอบด้วย 3 แบบจำลอง ได้แก่ 1. แบบจำลองสำหรับท่อตรงที่มีรอยต่อ และ ตะเข็บในท่อลม ซึ่งได้พัฒนาขึ้นจากสมการอนุรักษ์มวล สมการอัตราการรั่วไหล และ สมการพลังงาน โดยคำนึงถึงผลกระทบจากการรั่วไหล และ การถ่ายเทความร้อน 2.แบบจำลองสำหรับท่อตรงที่มีรอยต่อ และ ตะเข็บในท่อลม และมีการจ่ายลมสู่บริเวณปรับอากาศ ซึ่งได้พัฒนาขึ้นจากสมการอนุรักษ์มวล สมการอัตราการรั่วไหล สมการพลังงาน และ สมการระยะส่งลม โดยคำนึงถึงผลกระทบจากการรั่วไหล และ การถ่ายเทความร้อน 3. แบบจำลองสำหรับข้อต่อ ซึ่งได้พัฒนาขึ้นจากสมการอนุรักษ์มวล และ สมการพลังงาน โดยไม่มีการนำเอาการรั่วและการถ่ายเทความร้อนเข้ามาพิจารณาด้วย เนื่องจากความยาวของข้อต่อที่น้อยเมื่อเทียบกับความยาวท่อลม โดยขั้นตอนการแก้สมการในแบบจำลอง จะเริ่มต้นด้วยการแก้สมการในแบบจำลองทั้งสามไปพร้อม ๆ กัน ผลลัพธ์ที่ได้คือ ขนาดความดันสถิตของพัดลม และ ข้อมูลขาออกจากท่อลมท่อนแรก ซึ่งได้แก่ ความดันสถิตขาออก, ความเร็วของลม, อัตราการไหล และ อุณหภูมิขาออก จากนั้นนำผลลัพธ์ที่ได้มาคำนวณต่อบนแบบจำลองท่อตรงที่มีการจ่ายลม หรือ แบบจำลองข้อต่อ โดยใช้ข้อมูลขาออกที่ได้จากท่อลมท่อนแรก เป็นข้อมูลขาเข้าของสำหรับการคำนวณในแบบจำลองท่อตรงที่มีการจ่ายลม หรือ แบบจำลองข้อต่อ โดยขึ้นกับลักษณะของท่อลมท่อนถัดไปว่าเป็นอะไร และ เพื่อลดความซับซ้อนในการแก้สมการจากแบบจำลอง งานวิจัยนี้จึงสร้างโนโมแกรมที่พัฒนาขึ้นจากแบบจำลอง เพื่อเป็นเครื่องมือสำหรับการคำนวณและออกแบบท่อลม ทำให้สามารถหาขนาดความดันสถิตของพัดลม,ขนาดความดันสถิตขาเข้าและออกของท่อลม, ขนาดท่อลม, ความเร็วของลมในท่อทั้งเข้าและออก, อุณหภูมิขาเข้าและออกของลมในท่อ และ อัตราการรั่วไหลของท่อลมทั้งระบบได้อย่างไม่ยุ่งยาก