การคำนวณค่าฟลักซ์ความร้อนในการเดือดเป็นชั้นฟิล์มแบบขึ้นกับเวลาบนผิวทรงกลม

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้ศึกษาและสร้างแบบจำลองสำหรับการคำนวณค่าฟลักซ์ความร้อนที่ผิววัตถุทรงกลมภายใต้ปรากฏการณ์การเดือดเป็นชั้นฟิล์มแบบขึ้นกับเวลา และได้พัฒนาโปรแกรมสำหรับคำนวณอุณหภูมิภายในทรงกลม เพื่อใช้คำนวณค่าฟลักซ์ความร้อนซึ่งถูกนำไปใช้หาค่าสัมประสิทธ์การพาความร้อนเฉลี่ยที่เกิดขึ้นเทียบกับเวลา แบบจำลองที่สร้างขึ้นใช้เปรียบเทียบกับผลการทดลองซึ่งเป็นทรงกลมเหล็กกล้าไร้สนิมขนาดรัศมี 25.4 มิลลิเมตร มีอุณหภูมิตั้งต้น 200, 300, 400 และ 500.00 องศาเซลเซียส โดยเหตุจากความไมสมมาตรของการกระจายอุณหภูมิ จึงจำเป็นต้องสร้างเงื่อนไขการคำนวณใหม่สำหรับการคำนวณการกระจายอุณหภูมิภายใต้พิกัดทรงกลม ในแบบจำลองนี้กำหนดให้ค่าฟลักซ์ความร้อนในทศทางตรงข้าม ณ จุดังกล่าวมีความต่อเนื่อง เป็นผลให้สามารถคำนวณอุณหภูมิ ณ บริเวณรอบจุดศูนย์กลางได้ ผลการคำนวณอุณหภูมิภายในทรงกลม พบว่ามีการลดลงของอุณหภูมิเฉลี่ยตามเวลาในลักษณะเดียวกัน ค่าฟลักซ์ความร้อนที่คำนวณได้แสดงให้เห็นว่าในช่วงสั้นๆ ในระยะเริ่มแรกของปรากฏการณ์นั้นค่าฟลักซ์ความร้อนจะมีค่าสูงอยู่ระดับหนึ่งแล้ว เมื่อเวลาผ่านไปจะลดลงเนื่องจากได้เกิดชั้นฟิล์มของไอน้ำขึ้น ซึ่งชั้นฟิล์มที่เกิดขึ้นทำหน้าที่เป็นฉนวนความร้อนกั้นกลางระหว่างน้ำกับทรงกลม เมื่อเวลาผ่านไปมากขึ้นค่าฟลักซ์ความร้อนจะสูงขึ้นอีกครั้งเนื่องจากชั้นฟิล์มมีการหลุดลอกออกไป