ในชีวิตประจำวันเรามักจะเห็นการไหลของน้ำตก การไหลของแม่น้ำตามลำคลอง การเคลื่อนที่ของเรือผ่านน้ำทำให้เกิดความปั่นป่วนของน้ำท้ายเรือ การพ่นน้ำของเมอไลอ้อนทำให้เกิดละอองน้ำกระจายไปทั่ว หรือการเคลื่อนที่ของก้อนเมฆที่ดูปั่นป่วนไปมา ดูไม่เป็นเนื้อเดียวกันหรือ ความปั่นป่วนที่เกิดขึ้นในน้ำหรืออากาศหรือของไหลต่าง ๆ เหล่านี้นั้น สามารถอธิบายได้ด้วยสิ่งที่เรียกว่า Turbulence หลายคนที่นั่งเครื่องบินบ่อย ๆ ต้องเจอกับสิ่งที่นักบินประกาศอย่างน้อยสักครั้งคือ ขณะนี้เรากำลังบินผ่านสภาพอากาศปั่นป่วนขอให้นั่งอยู่กับที่และรัดเข็มขัดหรือที่เรียกว่าตกหลุมอากาศ จากนั้นเราก็จะรู้สึกว่าเครื่องบินมันสั่นไปมาแรงบ้างเบาบ้าง แต่สิ่งที่แรงคือหัวใจที่กำลังเต้น ผมได้เผชิญกับการตกหลุมอากาศใหญ่ ๆมาสองครั้ง ความรู้สึกก็เหมือนกับการนั่งรถไฟเหาะและทิ้งดิ่งลงมา (ยอมรับว่ายิ่งเรียนรู้ยิ่งคิดเยอะครับ) ซึ่งสิ่งนี้เกิดการความหนาแน่นของอากาศที่ในแต่ละบริเวณที่มันไม่เท่ากันเนื่องจาก Turbulence นี้ ซึ่งจะเป็นการดีมากถ้าเราสามารถเรียนรู้และรู้เท่าทัน Turbulence นี้เราก็จะสามารถที่จะออกแบบเครื่องบิน หรือผลิตภัณฑ์อื่นๆได้และคนใช้งานก็จะรู้สึกปลอดภัยต่อการใช้ผลิตภัณฑ์นั้น
![t1](https://metrosystems-des.com/solidworks/wp-content/uploads/sites/6/2019/11/t1.jpg)
ในทางพลศาสตร์ของไหลนั้นการทำนายพฤติกรรม Turbulence นี้มีหลายทฤษฎีให้สามารถเลือกใช้ได้ เช่น Spalart-Allmaras , Smagorinsky, RANS, K-epsilon, K-Omega และอื่น ๆ อีกมากมายซึ่งเราจำเป็นต้องทำความเข้าใจว่าแต่ละทฤษฎีนั้นมีข้อจำกัดการใช้อย่างไร ใน SOLIDWORKS Simulation นั้นก็มี Turbulence ให้เลือกใช้เหมือนกันในการวิเคราะห์การไหล หลายท่านอาจจะไม่ได้สังเกตว่ามี Turbulence ให้เลือกใช้อยู่สองแบบคือ Turbulence intensity and length และ Turbulence energy and dissipation ดังแสดงในรูป
![t2](https://metrosystems-des.com/solidworks/wp-content/uploads/sites/6/2019/11/t2.png)
Turbulent Intensity and Length นั้นแบ่งเป็นสองส่วนคือ Intensity และ Length สำหรับ Intensity นั้นเป็นอัตราส่วนระหว่างความเร็วของอากาศที่ปั่นป่วนเมื่อเทียบกับค่าความเร็วค่าเฉลี่ย (Fluctuating Velocity / Mean Velocity) ซึ่งแสดงออกมาเป็นเปอร์เซ็นต์ที่หมายความว่าที่เปอร์เซนต์น้อย (<1%) นั้นจะมีการปั่นป่วนที่น้อย และที่เปอร์เซนต์มากๆ(>5%) จะมีความปั่นป่วนค่อนข้างมาก ส่วน Length นั้นจะเป็นขนาดของการปั่นป่วนซ฿่งมักจะกำหนดเป็นจำนวนเท่าของขนาดของปัญหานั้นๆ เช่นการไหลในท่อก็จะมีค่าประมาณ 4% ของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อเป็นต้น
Turbulent energy and dissipation นั้นจะเป็นความสัมพันธ์พลังงานจลน์ของการปั่นป่วนที่ค่อยๆถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน ซึ่งลองสังเกตได้เมื่อน้ำเกิดการปั่นป่วน จะเกิดรูปร่างที่หมุนวนคล้ายวงกลมขนาดใหญ่ขึ้น หลังจากนั้นการหมุนวนขนาดใหญ่นี้จะค่อยๆแตกตัวกลายเป็นวงขนาดที่เล็กลงหลายวงและค่อยๆหายไป ซึ่งส่วนใหญ่แล้วเรามักจะรู้จักกันในชื่อว่า k-epsilon (K = Kinetic Energy / Epsilon = Energy dissipation) ผมไม่ขอลงในสมการเพราะต้องอธิบายกันยาว เราลองมาดูตัวอย่างกันเลยครับ ว่าแต่ละตัวมีผลอย่างไรต่อรูปแบบการไหลที่เกิดขึ้น
![t3](https://metrosystems-des.com/solidworks/wp-content/uploads/sites/6/2019/11/t3.png)
ผมได้ลองปรับเปลี่ยนค่าตัวแปรของ Turbulent ในแต่ละตัวดูโดยกำหนดให้เป็นค่าสูงและต่ำเพื่อให้เห็นความแตกต่าง ผลที่เห็นได้ชัดคือ รูปแบบการไหลที่แตกต่างกัน มีแบบที่เกิด Karman Vortex และแบบไม่มี หากกำหนดค่า I และ L น้อยๆจะเกิด Karman Vortex ให้เห็น และหากกำหนดค่า I และ L มากๆแล้วจะไม่มี Karman Vortex ให้เห็น ส่วนของ E และ D นั้น หากกำหนดให้มีค่าน้อยๆ จะเกิด Karman vortex ให้เห็น หากมีค่า มากๆแล้วจะไม่เห็น Karman Vortex
เมื่อแสดงเป็นลูกศร Flow Trajectory แล้วจะเห็นได้ชัดเจนขึ้นถึงความแตกต่างของการไหลที่เกิดขึ้นจากการกำหนดค่า Turbulence ที่แตกต่างกัน
![t4](https://metrosystems-des.com/solidworks/wp-content/uploads/sites/6/2019/11/t4.png)
รูปแสดง D=1e-5 และ E=1e-5
![t5](https://metrosystems-des.com/solidworks/wp-content/uploads/sites/6/2019/11/t5.png)
รูปแสดง D=1 และ E=1
สุดท้ายแล้วเราไม่สามารถบอกได้โดยตรงว่ารูปแบบไหนที่ถูกต้อง เราสามารถบอกได้ว่ามันควรจะมีลักษณะอย่างไรเท่านั้น และเราต้องมาตรวจสอบกับผลการทดลองอีกทีครับ แต่อย่างไรก็ตามหากท่านมีข้อสงสัยประการใดหรือยากให้ช่วยในการทำการจำลองการไหลนี้ทางเรามีความยินดีที่จะให้บริการทางเทคนิคในเชิงลึกมากขึ้นครับ ติดต่อมาได้ทุกเวลาครับ
บทความโดย แอดโจ๊ก
———————————————————————
ติดต่อเราได้ที่
โทร 02-089-4145 (จ-ศ 8.30 – 17.00 น.)
ติดต่อได้ทุกเวลาโทร 097-158-8174
LINE@ คลิก https://bit.ly/2yrNF24
เว็บไซต์ https://metrosystems-des.com/
YouTube https://www.youtube.com/user/MetroSolidWorks
Facebook Fanpage https://www.facebook.com/metrosolidworks/
Inbox มาเลยก็ได้น้า
รัก SOLIDWORKS สุด ๆ คลิกเลย https://www.facebook.com/groups/2076765539017446/