ผลของอัตราส่วนอัตราการไหลเชิงมวลของเจ็ตควบคุมตามแนวดิ่งด้านท้ายลมต่อเจ็ตหลักต่อการเหนี่ยวนำการผสมของเจ็ตในกระแสลมขวาง

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของอัตราส่วนอัตราการไหลเชิงมวลของเจ็ตควบคุมตามแนวดิ่งด้านท้ายลมต่อเจ็ตหลักต่อการเหนี่ยวนำการผสม (Entrainment) และคุณลักษณะของเจ็ตอีก 2 ปริมาณ ได้แก่ เส้นทางเดิน และค่า circulation ของเจ็ตในกระแสลมขวาง ในการนี้เพื่อให้สามารถประเมินวัดค่าอัตราส่วนการเหนี่ยวนำการผสมเชิงปริมาตร (Volumetric Entrainment Ratio, E), คุณลักษณะ, และโครงสร้างของเจ็ตที่เกิดจากส่วนผสมของเจ็ตหลักเท่านั้นไม่รวมส่วนของกระแสลมขวางบริสุทธิ์ได้โดยตรง งานวิจัยนี้จึงประยุกต์ใช้เทคนิค Stereoscopic Particle Image Velocimetry (SPIV) ควบคู่ไปกับการใส่อนุภาคติดตามการไหลเฉพาะเจ็ตหลักเท่านั้น ไม่ใส่ในการไหลอื่น งานวิจัยนี้ทำการทดลองที่อัตราส่วนความเร็วประสิทธิผลของเจ็ตหลัก (r) เท่ากับ 4 ตัวเลขเรย์โนลด์ของกระแสลมขวาง (Recf) เท่ากับ 3,100 การเก็บข้อมูลจะกระทำที่ระนาบตัดขวางการไหล x/rd เท่ากับ 0.25, 0.50, 0.75, 1.0, และ 1.5 สำหรับกรณีที่ทำการฉีดเจ็ตควบคุมตามแนวดิ่งด้านท้ายลม (Leeward-Vertical Control Jet, LVCJ) นั้น จะทำการฉีดเจ็ตควบคุมที่ค่าอัตราส่วนอัตราการไหลเชิงมวลของเจ็ตควบคุมต่อเจ็ตหลัก (rm) เท่ากับ 3.8%, 6%, 8%, 10%, และ 13% ที่ตำแหน่งตามระยะการไหล x/rd เท่ากับ 0.25 ผลการศึกษาพบว่าการฉีดเจ็ตควบคุมจะส่งเสริมให้ค่าอัตราส่วนการเหนี่ยวนำการผสมเชิงปริมาตร เส้นทางเดิน และค่า circulation ของเจ็ตเพิ่มสูงขึ้น โดยการเพิ่มขึ้นของ rm จะส่งผลให้ค่าอัตราส่วนการเหนี่ยวนำการผสมเชิงปริมาตร เส้นทางเดิน และค่า circulation ของเจ็ตเพิ่มสูงขึ้นด้วย สำหรับกรณีฉีดเจ็ตควบคุมที่ค่า rm เท่ากับ 13% จะส่งผลให้ค่า E เพิ่มขึ้นได้สูงสุดถึง 1.86 เท่าของกรณีไม่ฉีดเจ็ตควบคุมที่ระนาบตัดขวางการไหล x/rd เท่ากับ 1.5 นอกเหนือจากนั้นเพื่อที่จะศึกษาหามาตรวัดใหม่ที่นอกเหนือจากจะสามารถ collapse ผลของ r ของเจ็ตในกระแสลมขวางกรณีไม่ฉีดเจ็ตควบคุมได้แล้วยังสามารถ collapse ผลของ rm ในกรณีฉีดเจ็ตควบคุมตามแนวดิ่งด้านท้ายลมได้อีกด้วย งานวิจัยนี้จึงปรับปรุงและพัฒนา scaling-power law ที่เสนอโดย Pruekwatana et al. (2016) ซึ่งเขียน scaling law ของปริมาณทางฟิสิกส์ไร้มิติในรูป πq= q/Sq(r) เมื่อ q คือปริมาณทางฟิสิกส์มีมิติ และ Sq(r) คือมาตรวัดที่สามารถ collapse ผลของ r ที่มีต่อคุณลักษณะของเจ็ตในกระแสลมขวางในกรณีไม่ฉีดเจ็ตควบคุมได้ และพบความสัมพันธ์ของการพัฒนาตัวของ πq ตามระยะการไหล x/rd ในรูป power law กล่าวคือ πq = Aq(x/rd)Bq โดยที่ Aq และ Bq เป็นสัมประสิทธิ์ค่าคงที่ (ไม่ขึ้นกับพารามิเตอร์ r แต่ยังคงขึ้นกับพารามิเตอร์ rm) ผลการศึกษาพบ scaling law ใหม่ที่นอกเหนือจากสามารถ collapse ผลของ r ได้แล้วยังสามารถ collapse ผลของ rm ได้ด้วย โดยจะอยู่ในรูป πq// = πq / S//(rm,x/rd) เมื่อ S//(rm,x/rd) = sA(rm)sB(rm,x/rd) เป็นมาตรวัดใหม่ของ πq ที่สามารถ collapse ผลของ rm ที่มีต่อคุณลักษณะของเจ็ตในกระแสลมขวางในกรณีที่มีการฉีดเจ็ตควบคุมตามแนวดิ่งด้านท้ายลมได้ โดยที่พจน์ sA(rm) และ sB(rm ,x/rd) คือผลของ rm ที่มีต่อสัมประสิทธิ์ Aq และ Bq ตามลำดับ การประยุกต์ใช้ scaling law ใหม่ (πq// = πq / S//(rm,x/rd)) จะสามารถลด scatter (นิยามจากอัตราส่วนระหว่างค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานกับค่าเฉลี่ยของชุดข้อมูล) ของ πq จาก 16.6%-42.2% (แสดงเฉพาะค่าต่ำสุดถึงค่าสูงสุด) เป็น scatter ของ πq// ซึ่งจะอยู่ในช่วง 1.84%-4.90% นอกจากนั้นยังพบว่า power-law model fit ซึ่งอยู่ในฟอร์ม πq// = Aq//(x/rd)Bq\prime\prime โดยที่ Aq// และ Bq// เป็นสัมประสิทธิ์ค่าคงที่ (ไม่ขึ้นกับพารามิเตอร์ r และ rm) สามารถอธิบายการพัฒนาตัวของปริมาณทางฟิสิกส์ไร้มิติ πq// ตามระยะการไหล x/rd ได้เป็นอย่างดี