Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การออกแบบคอมแพคไมโครแชนแนลรูปแบบโค้งสำหรับการไหลแบบขนานของของไหลสองชนิดที่ไม่ละลายเข้าหากัน

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Design of compact curved micro channel for two parallel immiscible fluid flow

Year (A.D.)

2016

Document Type

Thesis

First Advisor

สมพงษ์ พุทธิวิสุทธิศักดิ์

Second Advisor

สุทธิชัย อัสสะบำรุงรัตน์

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมเครื่องกล

DOI

10.58837/CHULA.THE.2016.898

Abstract

งานวิจัยชิ้นนี้ได้ศึกษาการจำลองเชิงตัวเลขของของไหล 2 ชนิดที่ไม่ละลายเข้าหากันภายในอุปกรณ์ไมโครแชนแนลโดยใช้โปรแกรม ANSYS FLUENT VERSION 15.0 เพื่อวิเคราะห์แนวทางการเพิ่มค่าสัดส่วนพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างของไหล 2 ชนิดที่ไหลคู่ขนานกันต่อปริมาตรโดยรวมของของไหล (Surface Area to Volume Ratio, SVR) โดยใช้หลักการของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง รูปแบบท่อที่ศึกษาได้แก่รูปแบบโค้งที่มีรัศมีคงที่ และรูปแบบโค้งที่มีรัศมีไม่คงที่ เปรียบเทียบกับรูปแบบท่อตรงโดยกำหนดให้สภาพการไหลภายในอุปกรณ์นั้นยังคงสภาพการแยกชั้นและไหลคู่ขนานกันอย่างต่อเนื่องจนถึงทางออกของอุปกรณ์ไมโครแชนแนล จากการศึกษาพบว่าอุปกรณ์ไมโครแชนแนลในช่องทางแบบโค้งที่อัตราการไหล 0.01 – 0.2 mm3/s จะเกิดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางภายในช่องทางการไหลส่งผลให้ค่า SVR สูงกว่าแบบตรงประมาณ 10-95 % โดยขึ้นกับค่าอัตราการไหลและรัศมีความโค้งที่แตกต่างกัน การเปรียบเทียบไมโครแชนแนล 2 รูปแบบ พบว่าแบบโค้งที่มีรัศมีไม่คงที่ (Spiral) จะให้ค่า SVR ที่สูงกว่าแบบโค้งที่มีรัศมีคงที่ (Helix) 5-10 % ที่อัตราการไหลที่เท่ากัน โดยค่า SVR ที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ไมโครแชนแนลที่มีรูปแบบโค้งนั้นมีประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนมวลสารและพลังงานตลอดจนการเกิดปฏิกิริยาที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับแบบตรง แต่เมื่อพิจารณาไมโครแชนแนลรูปแบบโค้งจะพบว่าความดันตกคร่อมมีค่าที่สูงกว่าแบบตรงในงานวิจัยชิ้นนี้จึงเปรียบเทียบโดยการลดขนาดความยาวของไมโครแชนแนลรูปแบบโค้งให้มีค่าความดันตกคร่อมที่ใกล้เคียงกับรูปแบบตรงแล้วพิจารณาค่าพื้นที่ผิวสัมผัสรวม พบว่าที่อัตราการไหลตั้งแต่ 0.08 mm3/s ไมโครแชนแนลรูปแบบโค้งทั้งสองรูปแบบจะให้ค่าพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างของไหลและค่าสมรรถนะพื้นผื้นผิวสัมผัสต่อค่าความดันตกคร่อมได้สูงกว่า

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

The present work simulates flow of two immiscible fluids in a micro channel using ANYSYS FLUENT VERSION 15.0. The objective was to increase the surface area to volume ratio (SVR) between those two parallel fluid phases by using centrifugal force while maintaining the continuous separated phases of the fluids along the micro channel. Two types of curved micro channels; helix and spiral were considered and compared with the conventional straight micro channel. The simulation results demonstrated that the curved micro channels at flow rates of 0.01 – 0.2 mm3/s offer higher SVR than the straight micro channels about 10-95%, depending on the flow rate and curvature radius. Furthermore, by comparing the SVR of micro channels with different curved configurations, i.e., constant radius (helix) and variant radius (spiral), the result shows that the spiral configuration offers higher SVR than the helix configuration around 5-10 % at the same flow rate. The increased SVR of curved micro channels allows the system to operate at higher mass and heat transfer as well as reaction rate than the conventional straight micro channel. So anyway the curved micro channels will generated pressure drop value higher than the straight micro channels so this present work were considered on equal pressure drop value and the result shown at flow rate more than 0.08 mm3/s curved micro channel have more efficient.

Link to Full Text

Share

COinS