การศึกษาพฤติกรรมการเผาไหม้ของเตาประหยัดแก๊ส S-10 ที่มีการไหลแบบหมุนวนด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อเปรียบเทียบพฤติกรรมการเผาไหม้ของเตาประหยัดแก๊สที่มีการไหลแบบหมุนวน SB-10 กับเตาประหยัดแก๊ส S-10 แบบดั้งเดิม ด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคํานวณ (Computational Fluid Dynamics, CFD) ด้วยการจําลองแบบ 3 มิติร่วมกับการทดลอง โดยเตา SB-10 คือเตา S-10 ที่ถูกปรับมุมเอียงและมุมหมุนวนของรูทางออกของเตาในแถวที่ 6 และ 7 จากเดิมมุม 72^o และ 0^o เป็นมุม 26^o และ 15^o ตามลําดับ จากนั้นอิทธิพลของความดันของแก๊สแอลพีจีต่อพฤติกรรมการเผาไหม้ของเตา S-10 และ SB-10 จะถูกอธิบายและทําการเปรียบเทียบ ซึ่งพฤติกรรมการเผาไหม้จะถูกแสดงผลในรูปของเวกเตอร์ความเร็วและแถบสีอุณหภูมิ การจําลองจะถูกยืนยันผลกับการทดลองด้วยการวัดความเร็วของของไหลและอุณหภูมิการเผาไหม้ นอกจากนี้ยังทําเปรียบเทียบประสิทธิภาพเชิงความร้อนและมลพิษของเตา S-10 และ SB-10 อีกด้วย จากการศึกษา พบว่า ความเร็วของของไหลและการกระจายตัวของอุณหภูมิการเผาไหม้ที่ตําแหน่งต่าง ๆ ของเตาที่ได้จากแบบจําลองและการทดลองมีค่าความสอดคล้องกันโดยมีความคลาดเคลื่อนไม่เกินร้อยละ 8.77 และ 8.84 เมื่อเทียบผลความเร็วและอุณหภูมิกับการทดลอง ตามลําดับ แบบจําลองที่สร้างขึ้นสามารถอธิบายพฤติกรรมการไหลและการเผาไหม้ของเตา S-10 และ SB-10 ได้อย่างชัดเจน และเมื่อความดันของ LPG เพิ่มสูงขึ้น ความเร็วของแก๊สร้อน อุณหภูมิการเผาไหม้ และค่าฟลักซ์ความร้อนรวมจะมีค่าสูงขึ้น ซึ่งมีค่าสูงสุดเท่ากับ 26.6 m/s, 1,493.70 K, 4.20 kW สําหรับเตา S-10 และมีค่าเท่ากับ 28.1 m/s, 1,393 K, 4.84 kW สําหรับ เตา SB-10 ที่ความดัน LPG เท่ากับ 30 psi โดยสัดส่วนโดยมวลของ CO มีค่าสูงสุดเท่ากับ 0.0099 และ 0.0089 สําหรับเตา S-10 และ SB-10 ตามลําดับ แต่อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเตาทั้งสองจะมีค่าลดต่ำลง เมื่อความดันของ LPG มีค่าเพิ่มขึ้น ซึ่งประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเตา SB-10 มีค่าสูงกว่าเตา S-10 ที่ทุกความดัน โดยมีค่าสูงสุดร้อยละ 29.20 และ 28.57 ตามลําดับ โดยที่ปริมาณ CO ของเตา SB-10 มีค่าน้อยกว่าเตา S-10 ซึ่งมีปริมาณสูงสุดเท่ากับ 308 ppm และ 284 ppm ตามลําดับ ในขณะเตาทั้งสองมีปริมาณ NOx ไม่เกิน 60 ppm นอกจากนี้ ยังพบว่า ประสิทธิภาพเตา (Burner efficiency,etab) จากการจําลองด้วย CFD และประสิทธิภาพเชิงความร้อน (Thermal efficiency, etath) จากการทดลองของทั้งสองเตามีแนวโน้มความสอดคล้องกัน โดยเตา SB-10 มีประสิทธิภาพเตาสูงกว่าเตา S-10 เฉลี่ยร้อยละ 1.36 ในขณะที่ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงกว่าเฉลี่ยร้อยละ 0.83 (เปอร์เซ็นการประหยัดพลังงานเท่ากับร้อยละ 3.26) และเมื่อคิดอัตราส่วนระหว่างประสิทธิภาพเตาต่อประสิทธิภาพเชิงความร้อนเฉลี่ยพบว่า มีค่าเท่ากับ 1.63 ดังนั้น แบบจําลองของ CFD และประสิทธิภาพเตา (Burner efficiency,etab) รวมถึง อัตราส่วนดังกล่าวข้างต้น สามารถนําไปประยุกต์ใช้เพื่อออกแบบและปรับปุรงประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเตาประหยัดแก๊ส S-10 และเตาในรูปแบบอื่น ๆ ให้สูงขึ้นต่อไปได้ในอนาคต