ลักษณะทางการไหลและการถ่ายเทมวล-ความร้อนของการไหลสองสถานะแบบสวนกันในท่อที่วางในแนวดิ่ง

Heat - Mass Transfer and Flow Characteristics of Countercurrent Two - Phase Flow in a Vertical Pipe

Name: ไพศาล นาผล

Organization : มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. คณะวิศวกรรมศาสตร์. สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล

Name: Paisarn Naphon

Organization : King Mongkut's University of Technology Thonburi. Faculty of Engineering. Mechanical Engineering

keyword: การไหลสองสถานะ

; การถ่ายเทความร้อนและมวล

; เทอร์บิวเลนท์

; Two-Phase Flow

; Turbulence

; Heat and Mass Transfer

Abstract: งานวิจัยนี้ได้ศึกษาโดยการทดลองและวิเคราะห์ทางทฤษฎี โดยศึกษาลักษณะทางการไหล การถ่านเทมวลและการถ่ายเทความร้อนของการไหลสวนกันของน้ำและอากาศในท่อที่วาง ในแนวดิ่ง ในส่วนของการทดลองได้มีการทดลองได้มีการออกแบบและสร้างอุปกรณ์เพื่อให้ น้ำร้อนไหลผ่านวัสดุที่มีลักษณะเป็นรูพรุนเข้าที่ปลายด้านบนของท่อและไหลเป็นฟิล์มบางๆลงมา ตามผนังท่อสวนกับอากาศที่ถูกป้อนให้ไหลขึ้น อัตราการไหลของอากาศและน้ำที่ใช้ในการศึกษษเป็นอัตราการไหลที่ยังไม่ถึงจุดเริ่มต้นของการไหลท่วมของกระแสไหลสวนกัน (Onest of countercurrent flooding ) ของน้ำกับอากาศ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการศึกษาปรากฎการณ์ทางการไหล การถ่ายเทความร้อนและการถ่ายเทมวลสามารถที่จะแบ่งออกเป็น 2 ส่วนดังนี้ 1)แบบจำลองการไหลแบบเทอร์บิวเลนท์ ในกรณีที่เรย์โนลด์นัมเบอร์มี่าสูง ซึ่งเป็นแบบจำลองที่แสดงถึงลักษณะของการเทอร์บิวเลนท์ที่ตำแหน่งใดๆของพารามิเตอร์ 2 ตัวคือ พลังงานจลน์ของการไหลแบบเทอร์บิวเลนท์ (K) และการกระจายของพลังงานจลน์(E)ในการแก้สมการการไหลแบบเทอร์บิวเลนท์นี้จะทำไปพร้อมๆกับสมการโมเมนตัม เพื่อคำนวณหาความหนืดจลน์ของการไหลแบบเทอร์บิวเลนท์(Vt) ความดันสูญเสีย ความเค้นเฉือน และสัมปะสิทธิ์ความเสียดทาน ที่ผิวสัมผัสระหว่างน้ำและอากาศ 2)แบบจำลองทางด้านการถ่ายเทความร้อนและมวล ซึ่งจะใช้ทำนายโปรฟาล์ยของอุณหภูมิและสัดส่วนโดยมวลของไอน้ำที่ไหลในท่อ ผลการศึกษษผลของคลื่นน้ำที่ผิวสัมผัสที่มีต่อการสูญเสียความดันและสัมประสิทธิ์ความเสียดทานที่ผิวชั้นฟิล์มพบว่า เมื่ออัตราการไหลของน้ำสูงขึ้นทำให้แอมพลิจูดของคลื่นน้ำที่ผิวชั้นฟิล์มถูกรบกวนมากขึ้น ซึ่งทำให้ความดันสูญเสียและสัมประสิทธิ์ความเสียดทานมากขึ้น และ เมื่อเปรียบเทียบผลที่ได้จากการทดลองกับผลจากการคำนวณโดยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ พบว่ามีค่าใกล้เคียงกัน ผลการศึกษาผลของคลื่นน้ำที่ผิวสัมผัสต่ออัตราการถ่ายเทความร้อนและมวลพบว่าเมื่ออัตราการไหลของน้ำและอากาศสูงขึ้น มีผลทำให้อัตราการถ่ายเทความร้อนและมวลสูงขึ้นและเมื่อเปรียบเทียบ Nu นัมเบอร์ที่ได้จากการทดลองกับผลการคำนวณที่ได้จากสมการการถ่ายเทความร้อนของ Dittus-Boelter ซึ่งเป็นสมการสำหรับหา Nu นัมเบอร์ในกรณีการไหลแบบเทอร์บิวเสนท์ในท่อเรียบ พบว่าผลที่ได้แตกต่างกันเล็กน้อยเนื่องจากผลของคลื่นน้ำที่เกิดขึ้นที่ผิวชั้นฟิล์มและการแปรเปลี่ยนของอุณหภูมิน้ำในท่อทดสอบ ในการคำนวณหาสัมประสิทธิ์การถ่ายเทมวลนั้น ใช้หลักการความคล้ายคลึงกันระหว่างการถ่ายเทความร้อนและการถ่ายเทมวล เมื่อหาค่า Sh นัมเบอร์จากการทดลองที่อัตราการไหลของน้ำต่างๆที่อัตราการไหลของอากาศและอุณหภูมิของน้ำค่าหนึ่งๆ พบว่ามีค่าใกล้เคียงกัน ซึ่งผลที่ได้จากการทดลองมีค่าสูงกว่าผลจากการคำนวณเล็กน้อย เนื่องมาจากผลของคลื่นน้ำที่ผิวชั้นฟิล์มในการศึกษษครั้งนี้พบว่าไม่เกิดละอองน้ำอันเนื่องมาจากการควบแน่นของไอน้ำจากฟิล์มของน้ำที่ไหลลงมา (Mist formation)ซึ่งมีผลทำให้การกระจายตัวของอุณหภูมิและสัดส่วนโดยมวลของไอน้ำมีค่าใกล้เคียงกัน

Abstract: Experimental and theoretical on flow, heat and mass transfer characteristics for the countercurrent flow of air and water in a vertical circular pipe were compared. An experimental setup was designed and constructed. Hot water was introduced through a porous section at the upper end of a test section and flows downward as a thin liquid film along the pipe wall while the air flows countercurrently. The air and water flow rates used in this study were those before the flooding was reached. A developed mathematical model was separated into two parts: 1) A high Reynolds number turbulence model, in which the locate state of turbulence characteristics consists of the turbulence kinetic energy(k) and its dissipation rate(E). The transport equations for both k and E were solved simultaneously with the momentum equation to determine the kinetic turbulence viscosity, the pressure drop, interfacial shear stress and then, the friction factor at the filrn/core interface. 2) Heat and mass transfer models were proposed in order to estimate the distribution of the temperature and the mass fraction of water vapor in gas core. The results from the present study were shown that the influence of the interfacial wave phenomena was significant to the pressure loss, friction factor at the film/core interface. As the water flow rate was increased, larger disturbance waves were formed. The friction factors at higher water flow rates seem, therefore, a little bit higher than those at lower ones. The agreement from the comparison of friction factor obtained from the mathematical model and the experiments was acceptable through the experimental range. The results were also shown that the influence of the interfacial wave phenomena was significant to the heat and mass transfer characteristics. As the inlet flow rates of air and water were increased, higher rate of heat and mass transfer were obtained. The Nu numbers calculated from Dittus-Boelter equation for fully developed turbulent flow in smooth tube and those from the experiments were in good agreement. Any discrepancies were due to the wave formed at the interface and variation of the water temperature along the pipe. The similarities between the governing equations for heat and mass transfer suggest that the empirical correlations for the mass transfer coefficient would be similar to those for the heat transfer coefficient. The Sh numbers at any water flow rate for specific air flow rate and specific water temperature were nearly the same. The Sh numbers from the experiment were slightly higher than the theoretical value. The difference between them was considered to be a result of the wave formed at the interface. It was also found in the present study which mist formation did not occur, the temperature and vapor concentration profiles were almost the same.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: สมชาย วงศ์วิเศษ

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Name: Somchai Wongwises

Role: Advisor

Created: 2540

Modified: 2554-12-05

Issued: 2551-12-18

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

ISBN: 9746241125

CallNumber: MEE1834

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเครื่องกล

Grantor: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	MEE1834.pdf	1.18 MB	169	2024-02-27 16:24:58
2	MEE1834ab.pdf	125.39 KB	41	2019-08-17 16:05:01
3	MEE1834abth.txt	2.88 KB	21	2019-08-05 22:26:59
4	MEE1834aben.txt	3.22 KB	16	2019-08-17 16:04:48

ใช้เวลา

0.025502 วินาที