การเพิ่มการถ่ายเทความร้อนภายในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยครีบวางขวาง

Abstract

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนับเป็นอุปกรณ์ทางวิศวกรรมที่สำคัญและมีการประยุกต์ใช้งานกันอย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรม รวมทั้งงานทางด้านเกษตรกรรม ซึ่งกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจำเป็นจะต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่งในการขับเคลื่อนกระบวนการ โดยปริมาณพลังงานที่ใช้จะมากหรือน้อยเพียงใดนั้นส่วนหนึ่งมาจากสมรรถนะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน หาเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมีสมรรถนะสูงสามารถเกิดกระบวนการการแลกเปลี่ยนความร้อนได้อย่างรวดเร็วก็จะช่วยลดปริมาณพลังงานที่จ่ายแก่ระบบได้ ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงทำการศึกษาถึงการเพิ่มค่าสมรรถนะการถ่ายเทความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดท่อกลมด้วยเทคนิคครีบวางขวางการไหลของอากาศภายในท่อ ทำการศึกษาที่อัตราส่วนระยะห่างระหว่างครีบต่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ (PR=P/D) เป็น 0.5ม 1.0 และ 1.5 โดยครีบมีความสูง (H) จำนวน 2 ขนาด ได้แก่ 5 และ 10 มิลลิเมตร (BR=H/D=0.1 และ 0.2 ตามลำดับ) ในช่วงการไหลแบบปั่นป่วนที่ค่าเลขเรย์โนลดส์ 5300-24,000 ภายใต้สภาวะเงื่อนไขฟลักซ์ความร้อนที่ผิวท่อคงที่ พบว่าการใช้ครีบวางขวางการไหลสามารถเพิ่มการถ่ายเทความร้อนได้ 2.04-3.32 เท่าของท่อเปล่า และให้ตัวประกอบความเสียดทานสูงขึ้นประมาณ 3-24 เท่าของท่อเปล่า เมื่อพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างการเพิ่มขึ้นของการถ่ายเทความร้อนและตัวประกอบความเสียดทานซึ่งแสดงในรูปของค่าสมรรถนะการถ่ายเทความร้อนภายใต้กำลังของปั๊มเดียวกัน จะเห็นว่าการใช้เทคนิคครีบวางขวางการไหลสามารถเพิ่มค่าสมรรถนะการถ่ายเทความร้อนได้ ก่อให้เกิดผลดีหากมีการนำแนวคิดนี้ไปประยุกต์ใช้ในแง่ของการประหยัดพลังงานเนื่องจากช่วยเพิ่มอัตราการแลกเปลี่ยนความร้อนหรือในแง่ของการลดต้นทุนทางวัสดุเนื่องจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ค่าสมรรถนะสูงขึ้นทำให้สามารถลดขนาดเครื่องลงได้ในขณะที่ขีดความสามารถการทำงานยังคงเดิม ตัวอย่างของการประยุกต์ใช้งาน เช่น กระบวนการอบไล่ความชื้น, เครื่องอบแห้งเมล็ดพันธุ์หรือผลผลิตทางการเกษตร เป็นต้น