ปรากฏการณ์ของไหลเชิงกลของวัสดุเม็ด

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการติดขัดของวัสดุเม็ดภายใต้การสั่นแนวดิ่งในฮอปเปอร์รูปลิ่ม 2 มิติ วัสดุเม็ดที่ใช้ในการทดลองคือกลุ่มของอนุภาคทรงกระบอก ทำมาจากไม้เนื้อแข็ง ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 เซนติเมตร ความยาว 6 เซนติเมตร ผิวมีลักษณะเรียบและแห้ง และมีจำนวน 350 อนุภาค วัสดุเม็ดจะถูกนำมาจัดเรียงแบบสุ่มลงในฮอปเปอร์ที่มีขนาดมุมฮอปเปอร์เท่ากับ 10 – 50 องศา และขนาดช่องปล่อยฮอปเปอร์เป็น 2 - 6 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของวัสดุเม็ด จากนั้นวัสดุเม็ดจะถูกปล่อยให้ไหลออกจากฮอปเปอร์แบบตกอย่างอิสระ และภายใต้การสั่นในแนวดิ่งโดยใช้ค่าความเร่งไร้มิติ 5 ค่าในช่วง 0.011g – 0.301g ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงได้ตามค่าความถี่ในการสั่น โดยแอมพลิจูดในการสั่นคงที่เท่ากับ 5 มิลลิเมตร ผลการทดลองพบว่าเมื่อค่าความเร่งไร้มิติในการสั่นแนวดิ่งและขนาดมุมฮอปเปอร์ยิ่งมีค่ามาก อัตราส่วนการติดขัดและเวลาที่วัสดุเม็ดใช้ในการไหลออกหมดจะน้อยลงและทำให้อัตราการไหลเชิงมวลเพิ่มขึ้น ส่วนการจัดเรียงตัวของอนุภาคเมื่อวัสดุเม็ดเกิดการขัดตัวกันนั้น สังเกตได้ว่าเมื่อขนาดช่องปล่อยฮอปเปอร์กว้างและมุมฮอปเปอร์น้อยจะยิ่งทำให้จำนวนอนุภาคที่เรียงตัวขัดกันเพิ่มขึ้นและแนวการโค้งตัวมาก อย่างไรก็ตามไม่พบความสัมพันธ์ระหว่างมุมฮอปเปอร์และค่าความเร่งไร้มิติในการสั่นแนวดิ่งกับเวลาที่วัสดุเม็ดเกิดการอุดตัน นอกจากนี้ผลการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับรูปแบบการไหลและการกองตัวในภาชนะเสมือน 2 มิติ อัตราการปลดปล่อยของวัสดุเม็ดต่อวินาที ในแต่ละมุมฮอปเปอร์ และความกว้างของช่องเปิดฮอปเปอร์ มุมกองของวัสดุเม็ดจะเกิดขึ้นแตกต่างกัน และพลังงานจลน์ของการไหลและการกองของวัสดุเม็ดและความกว้างของช่องเปิดของฮอปเปอร์เกิดแตกต่างกัน กรณีใช้ความกว้างของช่องเปิดของฮอปเปอร์ที่มีขนาดเป็น 3 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของวัสดุเม็ด เวลาในการกองค่อนข้างช้า ทำให้ความสูงของการกองตัวมีแนวโน้นเพิ่มขึ้นแบบสม่ำเสมอ เมื่อเพิ่มขนาดเป็น 5 เท่า เวลาในการกองค่อนข้างเร็ว ทำให้ความสูงของการกองตัวมีแนวโน้นเพิ่มขึ้นแบบไม่สม่ำเสมอ มีการพังทลายลงของวัสดุเม็ด และมีการกองตัวขึ้นใหม่แบบเพิ่มขึ้น ส่วนการคำนวณพลังงานจลน์ของการไหลและการกองของวัสดุเม็ดน้อย การการติดขัดมาก เนื่องจากมีการขัดตัวระหว่างวัสดุเม็ด ทำให้การกองตัวได้ดี แต่ในกรณีที่มุมฮอปเปอร์มาก การขัดตัวน้อยลงการไหลได้ดีขึ้น พลังงานจลน์มีแนวโน้นสูงขึ้น พลังงานจลน์ของการไหลและการกองของวัสดุเม็ด มีการขัดตัวระหว่างวัสดุเม็ด การกองตัวได้แตกต่าง