การจำลองแบบเชิงตัวเลขของการผสมของของไหลในไมโครมิกเซอร์

Abstract

วิทยานิพนธ์ฉบับนี้นำเสนอการจำลองแบบเชิงตัวเลขในสามมิติสำหรับศึกษาการไหลและพฤติกรรมการผสมกันระหว่างน้ำและเอทานอลที่ไหลผ่านไมโครมิกเซอร์รูปแบบตัว T (T-shaped micro-mixer) โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพการผสม (mixing efficiency) และความดันลดที่เกิดขึ้น เมื่อความเร็วบริเวณทางเข้าและรูปร่างของไมโครมิกเซอร์มีการเปลี่ยนแปลง โดยในส่วนแรกจะศึกษาในช่วงเลขเรย์โนลดส์ 0.1 ถึง 300 และ aspect ratio ในช่วง 0.2 ถึง 1 นอกจากนี้จะทำการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของไมโครมิกเซอร์ที่มีรูปร่างแตกต่างกัน 4 รูปแบบ และเปรียบเทียบผลจากการเพิ่มขนาดของไมโครมิกเซอร์ ในการศึกษานี้จะสมมติการไหลแบบไม่อัดตัวในสภาวะคงตัว, เป็นการไหลแบบราบเรียบและไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี จากการศึกษาพบว่าสามารถแบ่งช่วงการไหลได้เป็น 3 ช่วง คือ stratified flow เกิดขึ้นที่เลขเรย์โนลดส์ต่ำกว่า 10 ลักษณะการไหลเกิดการแยกชั้นระหว่างของไหลทั้งสองชนิด ซึ่งยังไม่เกิดการผสมกัน ช่วงที่สองคือ vortex flow เกิดที่เลขเรย์โนลดส์ระหว่าง 10 ถึง 150 มีลักษณะการไหลคือ ของไหลเกิดการหมุนวนในตัวเองทำให้การผสมดีขึ้น และในช่วงเลขเรย์โนลดส์มากกว่า 150 การไหลเป็นแบบ engulfment flow คือของไหลทั้งสองมีการหมุนวนเข้าด้วยกัน ยิ่งเลขเรย์โนลดส์มากขึ้นการหมุนวนก็ยิ่งรุนแรงขึ้นส่งผลให้ประสิทธิภาพในการผสมมากขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่าหากเลขเรย์โนลดส์เพิ่มขึ้นค่าความดันลดก็จะมากขึ้นเช่นกัน สำหรับ aspect ratio ที่มีความเหมาะสมสำหรับการศึกษานี้มีค่าเท่ากับ 0.7 และไมโครมิกเซอร์แบบ triple T-shaped micro-mixer สามารถทำประสิทธิภาพการผสมได้มากที่สุดถึง 94% อีกทั้งยังพบว่าการขยายขนาดไมโครมิกเซอร์ทำให้ประสิทธิภาพการผสมลดลง