วิธีการความเร็วรอบของกังหันลมด้วย Flow Simulation

การวิเคราะห์งานที่มีการหมุนใน SolidWorks Flow Simulation โดยปกติจะทำได้แค่กำหนดความเร็วในการหมุนของชิ้นงาน  แล้ววิเคราะห์ว่า Flow มีการไหลหรือความเร็วเป็นอย่างไร  แต่ไม่สามารถวิเคราะห์ในทางตรงกันข้ามกัน  คือ หาความเร็วรอบของกังหันซึ่งเกิดจากลมที่พัดมาไม่ได้  ซึ่งการจะวิเคราะห์งานประเภทนี้ต้องใช้โปรแกรมที่วิเคราะห์งานแบบ Multiphysic ได้  ซึ่งก็คือการวิเคราะห์เรื่องกลศาสตร์และพลศาสตร์พร้อมๆกัน

สำหรับบทความนี้เลยจะขอแนะนำเทคนิคในการใช้โปรแกรม SolidWorks Flow Simulation เพื่อหาความเร็วรอบของกังหัน  ซึ่งได้พิสูจน์โดยการใช้ 3D Printer สร้างชิ้นงานขึ้นมาทดสอบเทียบกับผลการวิเคราะห์ด้วย

สำหรับเทคนิคดังกล่าว คือ การใช้ Flow Simulation กำหนดค่าต่างๆ ดังนี้

- กำหนดความเร็วลมที่พัดผ่านกังหัน

- กำหนดความเร็วรอบของใบพัด  โดยทำให้ใบพัดหมุนเร็วขึ้นเรื่อยๆ

- วิเคราะห์หาค่า Torque ที่ทำให้ใบพัดหมุน

- ถ้าความเร็วรอบในการหมุนสัมพันธ์กับความเร็วลมที่พัดผ่านกังหัน  ค่า Torque ที่วิเคราะห์ได้จะต้องเป็น 0

- แสดงว่าความเร็วรอบที่ค่า Torque เป็น 0 คือความเร็วรอบของกังหันลมนั่นเอง

สำหรับใครที่สนใจรายละเอียดเพิ่มเติม  ลองศึกษาจากวีดีโอตามลิ้งได้นะครับ

หากใครสนใจศึกษาการใช้งานโปรแกรม SolidWorks Simulation สามารถสั่งซื้อแผ่นสอนได้

ดูรายละเอียดแผ่นสอน SolidWorks Simulation คลิกที่นี่

รับสอนหรือปรึกษาการใช้งาน SolidWorks Simulation 

คุณพลวัฒน์ (บอล)

Tel. 087-489-7265

Line ID : ballastro

E-mail : sim.adviser@gmail.com
FB : SolidWorks Simulation Adviser

ความแตกต่างของ Environment Pressure, Static Pressure, Total Pressure และการใช้งาน

การกำหนดทางเข้าทางออกของของไหลในโปรแกรม SolidWorks Flow Simulation จะต้องกำหนดค่าเป็น Pressure Opening อย่างน้อยหนึ่งตำแหน่ง  เช่น กำหนดทางเข้าเป็น Inlet Volume Flow Rate  ส่วนทางออกจะต้องกำหนดเป็น Environment Pressure  เป็นต้น  ซึ่งค่าของ Pressure Opening ในโปรแกรม มีอยู่ 3 ชนิดคือ

- Environment Pressure
- Static Pressure
- Total Pressure

ในบทความจึงขออธิบายความแตกต่างและการเลือกใช้งาน Pressure Opening ได้อย่างถูกต้อง

ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจเรื่องคำศัพท์เกี่ยวกับ Pressure ที่ใช้กันทั่วๆไปกันก่อน ดังนี้

- ค่า Pressure ที่ใช้ในการคำนวณจะมี 3 ชนิดคือ Total Pressure, Static Pressure, Dynamic Pressure
- สูตรของค่า Pressure คือ Total Pressure = Static Pressure + Dynamic Pressure
- โดยปกติแล้วค่า Total Pressure กับ Static Pressure จะสามารถวัดได้จากเครื่องมือวัดอย่าง Pitot Tube   ส่วน Dynamic Pressure จะได้จากการคำนวณตามสูตร  ซึ่่งเราจะใช้ Dynamic Pressure ไปคำนวณหาความเร็วของของไหลได้ต่อ

เมื่อเราเข้าใจแล้วว่า Pressure มีกี่ชนิดและมีสูตรคำนวณเป็นอย่างไรบ้าง  คราวนี้ทำความเข้าใจเกี่ยวกับ Pressure ในความเป็นจริงกับโปรแกรม Flow Simulation จะเทียบกันได้อย่างไร

- สภาวะที่ไม่มีความดันเลยเรียกว่า Absolute Zero Pressure
- บนพื้นโลกมีอากาศอยู่  ทำให้เกิดความดันขึ้น  โดยปกติเราจะกำหนดให้ความดันบนพื้นโลกเท่ากับ 1 Bar
- เครื่องมือวัดความดันที่เราใช้กันอยู่จะใช้แรงดันบนพื้นโลกเป็นเกณฑ์  เราเรียกความดันที่ได้จากเครื่องมือวัดว่า Pressure Guage
- ค่า Absolute Pressure = Pressure Guage + ความดันบนพื้นโลก
- ในโปรแกรม Flow Simulation จะให้เรากำหนดค่า Absolute Pressure 

ดังนั้นในโปรแกรม SolidWorks Flow Simulation ที่มี Pressure Opening อยู่ 3 แบบ  จะใช้ดังนี้
- Static Pressure จะใช้กำหนดบริเวณที่ทราบค่าแรงดันจากเกจที่ติดอยู่
- Total Pressure จะใช้กำหนดบริเวณที่ทราบแรงดันรวมทั้งหมด  ซึ่งมักจะเป็นตำแหน่งที่เป็น Reservoir เช่น ถังแรงดัน, อ่างเก็บน้ำ เป็นต้น
- Environemnt Pressure เป็น Pressure ที่เปลี่ยนไปมาระหว่าง Static กับ Total  ดังนี้
      - ถ้าตำแหน่งที่กำหนด Environment Pressure เป็นทางออกของของไหล  ตัว Environment จะมีค่าเท่ากับ Static Pressure
      - ถ้าตำแหน่งที่กำหนด Environment Pressure เป็นทางเข้าของของไหล  ตัว Environment จะมีค่าเท่ากับ Total Pressure

เมื่อเข้าใจความหมายของ Pressure แบบต่างๆแล้ว  คราวนี้จะขอยกตัวอย่างงานว่าจะต้องกำหนด Pressure ค่าไหน  ดังนี้

ตัวอย่าง ถังแรงดัน 10 bar ต่อกับท่อ  ที่ปลายที่ติด Nozzle ไว้  ต้องการทราบว่าแก็สที่ออกจาก Nozzle สู่บรรยากาศรอบนอกจะมีทิศทางและความเร็วเท่าไร

- ในการวิเคราะห๋นี้ให้เอาถังแก็สออกจากการคำนวณ  แล้วเหลือแค่ท่อกับ Nozzle ไว้ก็พอ
- ฝั่งที่เป็นถังแก็สจะกำหนดเป็น Total Pressure = 11 bar เพราะว่าแก็สในถังอยู่นิ่งทั้งหมด  ดังนั้นความดันที่วัดได้จากเครื่องมือวัดคือ Static Pressure จะเท่ากับ Total Pressure  และในการกำหนดค่าในโปรแกรมจะใช้ Absolute pressure ดังนั้นจึงต้องบวกค่าความดันบรรยากาศบนพื้นโลกไปด้วยอีก 1 bar
- ฝั่งที่เป็นทางออก Nozzle กำหนดเป็น Static Pressure หรือ Environment Pressure เท่ากับ 1 bar