บทความนี้อาจจะดูแนววิชาการหน่อยนะครับ แต่เพื่อความเข้าใจของผู้ที่ทำงานด้านสายนี้ที่อาจเล็งเห็นการนำ SOLIDWORKS Simulation ไปใช้ประโยชน์ได้ ซึ่งจะทำให้มีความง่ายต่อการออกแบบชิ้นงานมาก

การไหลผ่านวัสดุกรองนั้นมีผลิตภัณฑืให้เห็นกันมากมายในปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็น เครื่องกรองน้ำ เครื่องกรองอากาศ ระบบแอร์ทำความเย็น ตระแกรงกรองเป็นต้น โดยเมื่อในตัวกรองนั้นจะมีวัสดุถูกอัดแน่นอยู่ในปริมาณที่เหมาะสม ด้วยความไม่เท่ากันของขนาดของอนุภาคของวัสดุนั้น ทำให้เกิดช่องว่างขึ้น จึงกลายเป็นวสัดุรูพรุนที่สามารถใช้ในการกรองได้ กระบวนการดักจับอนุภาคฝ่นหรือสิ่งสกปรกทั้งหลายที่เราต้องการกรองออกนั้นมีด้วยกัน 3 พฤติกรรมคือ

  • Interception เป็นกระบวนการที่อนุภาคฝุ่นไหลตามกระแสอากาศเข้ามาในขอบเขตของอนุภาคของวัสดุพรุนก็จะถูกดักจับออกจากกระแสอากาศ
  • Inertial Impaction เมื่ออนุภาคฝุ่นที่มีขนาดใหญ่และไหลตามกระแสอากาศเข้ามา ด้วยความที่มีมวลมาก จึงยากที่จะเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ เมื่ออนุภาคไหลเข้ามาก็จะชนกับอนุภาคของวัสดุพรุนและไม่สามารถไหลไปต่อได้
  • Diffusion เนื่องจากอนุภาคฝุ่นที่มีขนาดเล็กจึงสามารถมีปรากกการณ์การเคลื่อนที่แบบสุ่มหรือบราวเนี่ยนโมชั่นเกิดขึ้นได้ การเคลื่อนที่นี้จะมีลักษณะซิกแซกไปมาทำให้มีดอกาศที่จะไปชนและติดกับอนุภาคของวัสดุพรุนได้

คำถามคือแล้วเราจะวิเคราะห์การไหลผ่านวัสดุรูพรุนเหล่านี้อย่างไรดี ความโชคดีของเราคือการมาของนาย Darcy และ Ergun ที่ว่าปริมาณการไหลผ่านวัสดุรูพรุนนั้นจะแปรผันโดยตรงกับความดันที่สุญเสียไประหว่างตำแหน่งสองตำแหน่งที่เราสนใจ ด้วยหลักการนี้นำไปผสมผสานเข้ากับสมการนาเวียร์สโตรกอันเลืองชื่อ เราก็จะสามารถคำนวนการไหลผ่านวัสดุรูพรุนได้โดยไม่จำเป็นต้องวาดรูปรูวัสดุรูพรุนลงไปในการทำการวิเคราะห์การไหล

ในการวิเคราะห์การไหลผ่านวัสดุรูพรุนโดย SOLIDWORKS Flow Simulation นั้นดังตัวอย่างการไหลผ่านท่อนี้นั้นโดยอากาศไหลเข้าท่อ ผ่านชั้นวัสดุรูพรุนเพื่อกรองสิ่งที่ไม่ต้องการออกและไหลออกจากท่ออีกฝั่งหนึ่ง

โดยในชั้นวัสดุรูพรุนนั้นเราสามารกำหนดคุณสมบัติของวัสดุรูพรุนลงไปได้ โดยเราต้องทำการเปิดโมดูลของ Porous ขึ้นมาก่อนโดยใน Customized Treee กดเลือก Porous Media

ในการโมเดล Porous  Media นี้ทาง Solidwork นั้นได้มีหลายรูปแบบให้เลือกใช้ ไม่ว่าจะเป็นจากฐานข้อมุลที่มีให้หรือสามารถที่จะกำหนดเองเป็นวัสดุรูพรุนของเราก็ได้ ในที่นี้จะแสดงให้เห็นถึงการกำหนดวัสดุรูพรุนเอง ในการกำหนดคุณสมบัติของวัสดุรูพรุนนั้นสามารถกำหนดได้หลายแบบขึ้นอยู่เพียงอย่างเดียวคือเรามีข้อมูลอะไรอยู่ สมมติเราได้ทำการทดลองวัด Pressure Drop ต่อความเร็วที่ไหลเข้าไว้ก็สามารถที่จะนำข้อมูลนั้นมากหนดใส่เป็นกราฟได้ หรือในกรณีที่เริ่มศึกษามีเพียงแต่สมการที่เป็นเพื่อนรู้ใจ ก็สามารถที่จะเลือกการใส่แบบ Dependency on pore size และก็กำหนดขนาดของ pore ที่เราออกแบบหรือกำหนดไว้ลงไป เพียงเท่านี้ไม่

ว่าจะเป็นรูปทรงไหนของวัสดุตัวกรองเราก็สามารถที่จะคำนวนได้แล้ว

ความง่ายในการทำนั้นจำเป็นต้องมีการตรวจสอบ เราควรตรวจสอบผลการคำนวนเสมอ ตามทฤษฎีแล้ว สมการ Ergun บอกไว้ว่า Pressure Drop จะแปรผันตรงกับระยะความยาวของตัวกรอง นั่นคือเราคววรจะเห็นการกระจายตัวของความดันเป็นรูปแบบ Linear เสมอ

ทีนี้เราลองมาดูผลลัพธ์กัน ในที่นี้จะแสดงผลลัพธ์ cut plane แสดง ความดันบนหน้าตัดนี้ จะเห็นว่าสีของความดันมีการลดลงอย่างต่อเนื่อง แต่มันเป็นแบบ Linear หรือไม่เราจะมาเช็คที่ตัวกราฟ x-y กัน

เมื่อทำการพลอตกราฟระหว่างความดันต่อความยาวที่ลากผ่านกึ่งกลางของชิ้นงานจะเห็นว่า กราฟมีลักาณะลดลงเป็นแบบเชิงเส้นซึ่งเป็นไปตามสมการของ Ergun

ดูแล้วไม่ยากเลยใช่ไหมครับกับการวิเคราะห์การไหลผ่านวัสดุรูพรุนด้วย Solidwork Simulation ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับงานออกแบบผลิตภัณฑ์ของท่านได้ หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมสามารถติดต่อได้ที่ 

สนใจ SOLIDWORKS ติดต่อเราได้ที่

โทร 02-089-4145 (จ-ศ 8.30 – 17.00 น.)

LINE@ : @metrosolidworks

เว็บไซต์ https://metrosystems-des.com/solidworks/contact-us/

YouTube https://www.youtube.com/user/MetroSolidWorks

Facebook Fanpage https://www.facebook.com/metrosolidworks/

Inbox มาเลยครับ

 

บทความโดย แอดโจ๊ก