Fluid Mechanics สำหรับงานออกแบบ Agitator

Fluid Mechanics สำหรับงานออกแบบ Agitator

Conservation Laws :  ว่าด้วยกฏการอนุรักษ์พลังงาน ในความหมายเชิงทฤษฏี คือ พลังงานที่ให้กับระบบไม่สูญหายไปไหนแต่จะเปลี่ยนรูปแบบจากรูปหนึ่งไปอีกรูปหนึ่ง, ในที่นี้จะกล่าวถึงเฉพาะส่วนที่เกี่ยวข้องและนำมาใช้ได้กับงานด้านการออกแบบเครื่องกวนเท่านั้น ในส่วนนี้คือ Conservation of mass, Conservation of momentum และ Conservation of energy ซึ่งเราจะพิจารณาการเปลี่ยนรูปหรือการส่งถ่ายในงานออกแบบใบกวนได้อย่างชัดเจน หากเราพิจารณาการไหลผ่านท่อ (Streamline) ภายใต้สภาวะค่าความถ่วงจำเพาะคงที่ จะได้ว่า Volumetric Flow Rate ขาเข้า Streamline (Q1) จะเท่ากับ Volumetric Flow Rate ขาออก Streamline (Q2) ไม่ว่าพื้นที่หน้าตัดของ Streamline ขาเข้าและขาออกจะมีพื้นที่หน้าตัดต่างกันก็ตามด้วย Conservation of Laws จะทำให้ขนาดและทิศทางของความเร็ว หรือ เรียกว่า Velocity Vector(w) ขาเข้า(w1) และ ขาออก(w2) มีการเปลี่ยนแปลงเพื่อรักษากฏอนุรักษ์ไว้ ทั้งนี้หากเขียนในรูปแบบของสมการจะได้ว่า   (w1) x (A1) = (w2) x (A2)   นั่นเอง,     ในงานออกแบบเครื่องกวน เครื่องผสม นั้นสิ่งหนึ่งที่สำคัญ (ซึ่งอยู่ในส่วนของการคำนวณ ไม่ใช่การออกแบบ) คือ การคำนวณ Power Absorb หรือ การคำนวณกำลังใช้งานของเครื่องกวน, การคำนวณดังกล่าว ผู้ออกแบบต้องการทราบว่าพลังงานที่ใช้งานนั้นเพียงพอหรือไม่ พลังงานส่งถ่ายมาจากมอเตอร์ ผ่านเพลาใบกวน ลงไปสู่ใบกวน ส่งถ่ายไปยังของเหลวที่ใช้กวน ในส่วนนี้ต้องมีพลังงานสูญเสียระหว่างทางมากมายอยู่ในรูปแบบของ น้ำหนักเพลา, แรงเสียดทาน, ค่าเสื่อมประสิทธิภาพมอเตอร์ เป็นต้น สิ่งเหล่านี้เราจะนำมาพิจารณาร่วมกับการคำนวณด้วยเช่นกัน, กฏข้อหนึ่งที่สำคัญมากที่ต้องเข้าใจและใช้พิจารณาคือ Conservation of Energy หรือ หากเขียนในรูปแบบของสมการจะได้ดังนี้ 

Kinetic Energy (E1) = (m) . (w^2)/2
Potential Energy (E2) = (m) . (g) . (h)
Pressure Energy (E3) = (p) . (V)

(E1) + (E2) + (E3) = Const. = ((m) . (w^2)/2) + ((m) . (g) . (h)) + ((p) . (V))

ในรูปแบบของสมการดังกล่าวนั้น หากพิจารณา Streamline, ในส่วนของการคำนวณนั้น จะกำหนดให้ไม่มีแรงเสียดทานเกิดขึ้นเนื่องจากการไหล และ กำหนดให้ค่าความถ่วงจำเพาะมีค่าคงที่สม่ำเสมอ ในงานเครื่องกวนนั้นพิจารณาที่ปริมาตรของเหลวในถังคงที่ หากเราเอา Volume (V) หารในสมการทั้งหมด จะสามารถอธิบายสมการในรูปแบบของ Bernoulli Equation ได้ดังนี้ 
(density) . (w^2)/2 + (density) . (g) . (h) + (p) = Const.

จากสมการดังกล่าวมาทั้งหมด เราก็จะทราบและเห็นถึงความจริงของ Conservation Laws ที่ใช้ในการออกแบบเครื่องกวน เครื่องผสม ได้เป็นอย่างดี และ สมการพื้นฐานที่ใช้ในการคำนวณ Absorb Power ของเครื่องกวน คือ 
P = (Ne)*(RPM)^3*(Dia.Impeller)^5*(Density)

สมการดังกล่าวเป็นเพียงสมการพื้นฐานเท่านั้น เนื่องจากในการคำนวณจะมีค่า (Ne) คือ Power Number เข้ามาเกี่ยวข้อง โดยค่า Power Number นี้ได้มาจากกราฟความสัมพันธ์ระหว่าง (Ne) และ (Re = Reynolds Number) ของการทดลองใบกวนชนิดต่างๆ ซึ่ง Power Characteristics จะมีค่าแปลเปลี่ยนตามสัดส่วนต่างๆของใบกวน, ถัง, หน้าตัดใบกวน ซึ่งผ่านการออกแบบเฉพาะของกราฟความสัมพันธ์นั้นๆ เท่านั้น การนำค่า (Ne) มาใช้งากับการออกแบบสัดส่วนต่างๆที่ผิดเพี้ยนไปจะทำให้ไม่สามารถใช้งานสมการได้อย่างถูกต้อง 

ท้ายที่สุดสำหรับบทความนี้ แสดงให้เห็นว่าการคำนวณต่างๆมาจาก Conservation Laws แต่สิ่งหนึ่งที่สำคัญกว่าคือ การออกแบบ ซึ่งขึ้นอยู่กับประสบการณ์ของบริษัทฯผู้ออกแบบเครื่อกวนนั้นเอง
 
Cr. สถาพร เลี้ยงศิริกูล (Agitator Designer)
MISCIBLE TECHNOLOGY CO., LTD
Line: sataporn.miscible
www.miscible.co.th