ปรากฏการณ์ของไหลเชิงกลของวัสดุเม็ด

บทคัดย่อ

งานวิจัยเรื่อง ปรากฏการณ์ของไหลเชิงกลของวัสดุเม็ด เป็นการศึกษาการไหลพาและการ แยกของวัสดุเม็ดในภาชนะรูปทรงสี่เหลี่ยมเสมือน 2 มิติ ภายใต้ระบบการสั่นแนวตั้ง โดยมีมุมของผนัง ภาชนะรูปทรงสี่เหลี่ยมเสมือน 2 มิติ ผู้วิจัยแบ่งการอภิปรายผลการวิจัย ดังนี้ ผลที่ได้นั้นมีลักษณะที่ สอดคล้องกับรูปแบบของการพาภายใต้การสั่นในแนวดิ่ง โดยใช้ความถี่ในการสั่นในช่วงความถี่ วัสดุ เม็ดเกิดการพา 1 วง แบบไม่สมมาตร และความถี่มากจะทำให้เกิดวงใหญ่และความถี่น้อยจะทำให้เกิด วงเล็กดังนั้นจึงกล่าวได้ว่ามุมของผนังภาชนะรูปทรงสี่เหลี่ยมเสมือน 2 มิติ คือ 90, 85, 80, 75 องศา และความถี่ในการสั่น 28, 29, 30 Hz พบว่าการพาของวัตถุพื้นและวัตถุบุกรุกมีการเกิดการพาเป็นวง วนไปด้านซ้ายของผนังภาชนะที่ล้อมรอบวัตถุพื้นเมื่อทำการสั่นแก่ระบบไประยะหนึ่งพบว่าผิวด้านบน ของวัตถุพื้น จะเกิดการเอียงจากนั้นวัตถุเม็ดบุกรุกเกิดการเคลื่อนที่ไปตามบริเวณผิวด้านนของวัสดุ เม็ดพื้น ต่อมาวัสดุเม็ดบุกรุกจะเคลื่อนที่ไปตามผนังด้านขวาของภาชนะแล้วเคลื่อนที่ลงสู่กันของผนัง ภาชนะไปด้านซ้ายวนไป ณ ตำแหน่งจุดเริ่มต้น และเมื่อมุมกับความถี่เพิ่มขึ้นจะทำให้วัตถุบุกรุกเกิด รูปแบบการพาแล้วเกิดวงรอบเล็กลง ไม่สมมาตร แต่เมื่อมุมกับความถี่ลดลงจะทำให้วัตถุบุกบุกรุกเกิด รูปแบบการพาแล้วเกิดวงรอบใหญ่ขึ้น ไม่สมมาตร นอกจากนี้เมื่อมุมกับความถี่เพิ่มขึ้นวัสดุเม็ด เคลื่อนที่เร็วแต่เมื่อความถี่ลดลงวัสดุเม็ดจะเคลื่อนที่ช้า ผลการไหลของวัสดุเม็ดบนรางลาดเอียงที่มีพื้นผิวหยาบ โดยได้กำหนดความชันของรางลาด เอียง 30 องศาในระนาบแกน X และใช้ตัวแปรต้น 2 ชนิดคือ วัสดเม็ดขนาด 5 และ 6 mm กระดาษ ทรายที่มีจำนวนเม็ดทราย ได้แก่ 192, 23.6 และ 12.2 อนุภาค/ตารางนิ้ว ซึ่งการทดลองแบ่งออกเป็น 3 ตอน ได้แก่ 1) เปรียบเทียบระหว่างความเร็วของวัสดุเม็ดกับพื้นผิวของรางลาดเอียง เมื่อปล่อยให้ วัสดุเม็ดให้ไหลลงบนรางที่มีพื้นผิวต่างกัน โดยได้กำหนดเวลาให้เท่ากัน เมื่อปล่อยวัสดุเม็ดขนาด 5 และ 6 mm ให้ไหลลลงบนทั้ง 3 พื้นผิว ความเร็วที่เกิดขึ้นใกล้เคียงกันมาก 2) ความเร็วของวัสดุเม็ดที่ ตำแหน่งความสูงต่างๆ ของรางลาดเอียงที่พื้นผิวหยาบต่างกัน พบว่าวัสดุเม็ดแต่ละขนาดมีความเร็วใน การไหลที่ใกล้เคียงกันที่ตำแหน่งความสูงบนสุด ความเร็วของวัสดเม็ดมีค่าน้อย แต่ค่าความเร็วจะเพิ่ม มากขึ้นๆตามตำแหน่งความสูงที่ลดลงของราง 3) การไหลของวัสดุเม็ดที่ขนาดต่างกันบนรางลาดเอียง มีพื้นผิวหยาบต่างกัน พบว่าในแต่ละพื้นผิว วัสดุเม็ดมีการเคลื่อนที่อย่างอิสระ มีทิศทางการเคลื่อนที่ที่ ไม่แน่นอน ผลความเร็วในการไหลของวัสดุเม็ดที่มีความหนาแน่นต่างกันแต่ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง เท่ากัน ในการไหลวัสดุเม็ดกำหนดขนาดของมุมรางเอียงทำมุม 30, 35, 40, 45, 50, 55 และ 60 องศา การไหลของวัสดุเม็ดในการทดลองนี้จะใช้วัสดุเม็ดทั้งหมด 6 ชนิดได้แก่ เม็ดแก้ว เม็ดเซรามิก เม็ดพลาสติก เม็ดไม้ เม็ดหินและลูกเหล็ก เพื่อหาความสัมพันธ์ระหว่างความสูงและอัตราเร็วในการ ไหลของวัสดุเม็ดบนพื้นที่มีความลาดเอียงในมุมแตกต่างกันและศึกษาพาพฤติกรรมการไหลของวัสดุเม็ด โดยทำการไหลวัสดุเม็ดทั้ง 6 ชนิด ภายใต้มุม 30, 45 และ 60 องศา พบว่าในการศึกษาความเร็วของ การไหลวัสดุเม็ดแต่ละมุมทั้งหมด 7 มุม มีค่าความเร็วเพิ่มขึ้นหลังจากเริ่มไหลจากบนลงสู่ด้านล่างของ ราง แต่ละมุมจะมีความสูงที่ไม่เท่ากัน ยิ่งความกว้างของมุมเพิ่มขึ้น ความสูงก็เพิ่มขึ้นเมื่อความสูง เพิ่มขึ้น ความเร็วในแต่ละมุมก็มีค่าเพิ่มขึ้นด้วยเช่นกันและความเร็วช่วงสุดท้ายจะมีค่าที่โกล้เคียงกัน เสมอทุกมุม วัสดุเม็ดแต่ละชนิดที่มีความหนาแน่นไม่เท่ากันมีความเร็วที่ใกล้เคียงกันเกือบทุกมุม ยกเว้นมุม 55 องศา ที่มีอัตราเร็วแตกต่างกันอย่างชัดเจนและพฤติกรรมการไหลของวัสดุเม็ดมีการ เคลื่อนที่ไม่เป็นเส้นตรง วิถีการเคลื่อนที่ไม่มีรูปแบบที่แน่นอน ผลการไหลแบบติดขัด เวลา อัตราเร็วในการไหลของวัสดุเม็ดที่ปล่อยวัตถุบุกรุกให้ตกลงตาม แนวแรงโน้มถ่วงของโลก โดยมีช่องปล่อยวัตถุที่มีขนาดความกว้างต่างกันในภาชนะเสมือน 3 มิติ พบว่าการทดลองใช้เม็ดแก้วเป็นวัตถุพื้นที่มีขนาดต่างกัน และใช้วัตถุบุกรุกที่เป็นเม็ดพลาสติกและเม็ด ไม้ พบว่า ขนาดของช่องปล่อยวัตถุที่มีขนาดกว้างมากขึ้นจะทำให้วัสดุเม็ดใช้เวลาในการไหลน้อยลง กว่าช่องที่แคบของกันภาชนะและในการไหลแต่ละครั้งเม็ดที่อยู่บริเวณศูนย์กลางจะใช้เวลาในการไหล น้อยที่สุดและเวลาของวัสดุเม็ดที่อยู่ผนังด้านข้างจะใช้เวลาเพิ่มขึ้นตามลำดับของตำแหน่ง อัตราเร็วใน การไหลของวัตถุบุกรุกที่อยู่บริเวณศูนย์กลางจะมีอัตราเร็วในการเคลื่อนที่มากที่สุดเพราะมีความชัน มากที่สุดวัตถุบุกรุกที่อยู่ถัดมาผนังด้านซ้ายและขวาจากจุดศูนย์กลางมีความชันน้อยกว่าจึงทำให้วัตถุ บุกรุกมีอัตราเร็วที่น้อยกว่าวัตถุบุกรุกที่จุดศูนย์กลาง เมื่อเพิ่มขนาดของเม็ดแก้วให้ใหญ่ขึ้นอัตราเร็ว ของวัตถุบุกรุกก็จะลดลง แสดงว่าขนาดของเม็ดแก้วที่ใหญ่ขึ้นทำให้อัตราเร็วในการไหลของวัตถุบุกรุกรุก ลดลง

คำสำคัญ