Abstract:
การไหลแบบสองเฟสเป็นการไหลที่สามารถพบได้ทั่วไปในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท ซึ่งนักวิจัยและวิศวกรออกแบบต้องเข้าใจถึงความรู้พื้นฐานของการไหลสองเฟสอย่างลึกซึ้งเพื่อการออกแบบ การควบคุม รวมถึงการปรับปรุงสมรรถนะในระบบต่าง ๆ เหล่านั้นเพื่อทำให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ในงานวิจัยนี้จึงได้พยายามพัฒนาเทคนิคการวัด 2 แบบคือ เทคนิค Wire Mesh Tomography (WMT) และเทคนิคเลเซอร์ไดโอด สำหรับเทคนิค WMT ใช้หลักการของการวัดความแตกต่างการนำไฟฟ้าของของไหลทั้งหน้าตัดการไหล ในงานวิจัยนี้ เราได้พัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ เพื่อคำนวณพารามิเตอร์ที่สำคัญจากข้อมูลที่บันทึกได้จาก WMT เพื่อเปรียบเทียบกับข้อมูลที่ได้จากการถ่ายภาพ โดยพารามิเตอร์เหล่านี้ประกอบด้วย Local void fraction ความเร็วของฟองก๊าซและขนาดฟองก๊าซ เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว พบว่าข้อมูล Void fraction เฉลี่ยทั้งปริมาตรที่สนใจในช่วง Void fraction ไม่เกิน 9% มีค่าความคลาดเคลื่อนอยู่ในช่วงระหว่าง ±20% ความเร็วฟองก๊าซเฉลี่ยทั้งปริมาตรที่สนใจในช่วงระหว่าง 250-350% mm/s มีค่าความคลาดเคลื่อนอยู่ในช่วงระหว่าง ±10% และขนาดฟองก๊าซเฉลี่ยทั้งปริมาตรที่สนใจในช่วงขนาดฟองก๊าซระหว่าง 2-8 mm มีค่าความคลาดเคลื่อนอยู่ในช่วงระหว่าง ±20 %สำหรับเทคนิคเลเซอร์ไดโอดอาศัยหลักการที่แสงจะหักเหไปเมื่อผ่านรอยต่อระหว่างตัวกลางคนละชนิดที่มีดัชนีหักเหทางแสงไม่เท่ากัน และความต่างศักย์จากวงจรโฟโต้ไดโอดจะแปรผัน ตามปริมาณพลังงานของเลเซอร์ที่มาตกกระทบไดโอด ซึ่งเราได้ทำการสอบเทียบอุปกรณ์กับรัศมีความโค้งของฟองอากาศขนาดต่างๆ โดยการสร้างแบบจำลองฟองอากาศขึ้นมาจาก Polydimethylsiloxane (PDMS) ซึ่งเป็นแนวทางใหม่ของการสอบเทียบแบบหนึ่ง จากผลการสอบเทียบเราทราบระยะจากปลายยอดฟองที่ความต่างศักย์ไฟฟ้าลดลงจนใกล้ศูนย์ โดยระยะดังกล่าวจะแปรผกผันกับขนาดของรัศมีความโค้งของผิวฟองอากาศซึ่งสามารถสร้างเป็นสมการที่ใช้อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างระยะดังกล่าวและรัศมีความโค้งของผิวฟองอากาศได้ หลังจากนั้นหากนำเอาความสัมพันธ์ระหว่างค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ระยะจากยอดฟองต่าง ๆ มาทำ normalization ด้วยความต่างศักย์เมื่อลำเลเซอร์อยู่ที่ยอดฟองสำหรับค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า และด้วยระยะทั้งหมดที่ความต่างศักย์ลดลงจนเป็นศูนย์สำหรับระยะทางแล้ว ความสัมพันธ์ในลักษณะนี้ของทุกขนาดฟองอากาศจะสอดคล้องกัน ดังนั้นหากนำเอาอุปกรณ์ไปวัดในการไหลจริง ๆ สำหรับกรณีที่ฟองอากาศเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ลักษณะการลดลงของสัญญาณของทุกขนาดฟองอากาศตามเวลา (กรณีความเร็วคงที่ ระยะทางและเวลาจะสัมพันธ์กันโดยตรง) ก็จะสอดคล้องกันหมด อย่างไรก็ตามในงานวิจัยนี้ได้ลองนำเอาอุปกรณ์ไปวัดการไหลของฟองอากาศในของเหลวจริงด้วย แต่ผลที่ได้มีความผิดพลาดมากซึ่งอาจจะเกิดจากการควบคุมการทดลองที่ยังทำได้ไม่ดีรวมทั้งความเร่งของการเคลื่อนที่ของฟองอากาศที่อาจจะมีค่าค่อนข้างสูง
