การออกแบบหัวฉีดแอร์บลาสต์ : มุมสเปรย์และการกระจายตัวของความเร็วอากาศ

บทคัดย่อ

หัวฉีดแอร์บลาสต์เป็นอุปกรณ์กับสาหรับเครื่องพ่นสเปรย์หมอก ULV โดยใช้พลังงานจลน์ของ อากาศให้ปะทะกับของเหลวหรือแผ่นของเหลวให้แตกตัวกลายเป็นหยดละออง ซึ่งในปัจจุบัน หัวฉีด แอร์บลาสต์ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการพ่นฆ่าเชื้อ และการเกษตร โดยส่วนใหญ่ต้อง พึ่งพานาเข้าจากต่างประเทศส่งผลให้มีราคาสูง ดังนั้นโครงงานนี้จึงมี ความสนใจที่จะศึกษา และ ออกแบบหัวฉีดแอร์บลาสต์ที่สามารถทางานได้ภายใต้สภาวะการทางานที่หลากหลาย โครงงานนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบ และศึกษาอิทธิพลของมุมใบกังหันที่แตกต่างกัน 5 มุม คือ 5 o, 10 o, 15 o, 20 o, 25 o และขนาดของช่องฉีดอากาศ 5 ขนาด คือ 16, 18, 19, 20, 21 มิลลิเมตร ทีส่่งผลต่อมุมสเปรย์ และลักษณะการไหลของอากาศ ด้วยการจาลองพลศาสตร์เชิงคานวณ (CFD) และเปรียบเทียบการวัดกระจายตัวของความเร็วอากาศที่ปราศจากของเหลวในการการทดลอง ผลการศึกษาพบว่า เมื่อมุมใบกังหันเพิ่มขึ้น จะทาให้มุมสเปรย์เพิ่มขึ้นตามไปด้วย ในทาง กลับกัน ขนาดของช่องฉีดอากาศส่งผลต่อมุมสเปรย์น้อยมาก ในส่วนของการกระจายตัวของความเร็ว อากาศที่ปราศจากของเหลว ทั้งผลการทดลอง และผลการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ แสดง ให้เห็นว่าการเพิ่มมุมใบกังหัน และขนาดของช่องฉีดอากาศนั้นมีแนวโน้มทาให้ความเร็วของการไหล ของอากาศลดลงอย่างเห็นได้ชัด คาสาคัญ: หัวฉีดแอร์บลาสต์ / เครื่องพ่นสเปรย์หมอก ULV / การกระจายตัวของความเร็ว / มุมสเปรย์ / การจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ Name Thesis Title Mr. Phoosorn Jimeesik Miss Donnaya Siripanich Mr. Teerapat Wongsa Mr. Saettawut Chalarat Design of an Air-Blast Atomizer: Spray Angle and Single-Air Velocity Profile Department Mechanical and Aerospace Engineering Advisor Asst.Prof. Pisit Yongyingsakthavorn, Ph.D. Academic year 2025 Abstract An Air-Blast atomizer is a device used in ULV (Ultra-Low Volume) fogging sprayers. It uses the kinetic energy of air to atomize liquid into fine droplets. Currently, Air-Blast atomizers are widely used in disinfection and agricultural applications. However, most of them are imported, resulting in high costs. Therefore, this work aims to design and investigate Air-Blast atomizers that can operate under various working conditions. This work focuses on the effects of five swirler angles (5°, 10°, 15°, 20°, and 25°) and five air injection port diameters (16, 18, 19, 20, and 21 mm) on spray angle and airflow characteristics. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation was conducted, and the results were compared with experimental measurements of airflow velocity profile without liquid. The results indicate that increasing the swirler angles leads to a wider spray angle. In contrast, the effect of air injection port diameters on the spray angle is negligible. For the airflow velocity profile without liquid, both experimental and CFD results show that increasing the swirler angle and air injection port diameter significantly decreases the airflow velocity. Keywords: Air-Blast atomizer, ULV fogging sprayer, Airflow velocity profile, Spray angle, Computational Fluid Dynamics (CFD) กิตติกรรมประกาศ ปริญญานิพนธ์ฉบับ นี้สาเร็จลุล่ว งได้ด้วยความกรุณาและความช่วยเหลืออย่างดียิ่งจาก อาจารย์ที่ปรึกษา ผศ.ดร.พิสิฐ ยงยิ่งศักดิ์ถาวร ซึ่งได้ให้คาปรึกษา ข้อเสนอแนะ แนวคิดที่เป็น ประโยชน์ ตลอดจนตรวจสอบและแก้ไขข้อบกพร่องต่าง ๆ อย่างใกล้ชิดมาโดยตลอด จนโครงงานฉบับ นี้เสร็จสมบูรณ์ คณะผู้จัดทาขอกราบขอบพระคุณเป็นอย่างสูงไว้ ณ โอกาสนี้ ขอขอบพระคุณคณาจารย์ทุกท่านในภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน-อวกาศ ที่ได้ ถ่ายทอดความรู้และประสบการณ์อันมีคุณค่า ซึ่งเป็นพื้นฐานสาคัญในการนามาประยุกต์ใช้ในการ ดาเนินโครงงานครั้งนี้ ขอขอบคุณเพื่อน ๆ และผู้มีส่วนเกี่ยวข้องทุกท่าน ที่ได้ให้ความช่วยเหลือ แนะนา และเป็น กาลังใจที่ดีเสมอมา ท้ายที่สุดนี้ คณะผู้จัดทาขอขอบพระคุณครอบครัว ที่ให้การสนับสนุนทั้งด้านกาลังใจและ กาลังทรัพย์มาโดยตลอด จนทาให้สามารถสาเร็จปริญญานิพนธ์ฉบับนี้ได้สาเร็จลุล่วงไปด้วยดี นายภูศร นางสาวดนยา นายธีรภัทร์ นายเสฏฐวุฒิ จิมีสิก ศิริพานิช วงษา ชลารัตน์ สารบัญ บทที่ 1 บทนา ....................................................................................................................................1 1.1 ที่มาและความสาคัญของโครงงานวิศวกรรม .......................................................................1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน ...................................................................................................2 1.3 ขอบเขตของโครงงาน..........................................................................................................2 1.4 ขั้นตอนการดาเนินงานและงบประมาณ ..............................................................................2 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง ...................................................................................................................4 2.1 ทบทวนวรรณกรรม (Literature review) ..........................................................................4 2.2 ประเภทของหัวฉีด (Atomizer types) ...............................................................................5 2.3 หัวฉีดประเภทแอร์บลาสต์ (Air-Blast atomizer) ...............................................................6 2.4 ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของหัวฉีด .............................................................................6 2.5 การหาอัตราการไหลของน้าและอากาศ ..............................................................................7 2.6 การวัดมุมสเปรย์ด้วยกระบวนการ Image Processing ......................................................9 2.7 การวัดหา Velocity Profile โดย Pitot tube ................................................................. 10 2.8 เครื่องพิมพ์สามมิติ ........................................................................................................... 11 2.9 การจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณด้วยโปรแกรม ANSYS – Fluent ...................... 13 บทที่ 3 การออกแบบและพัฒนาหัวฉีด ............................................................................................ 15 3.1 เกริ่นนา ........................................................................................................................... 15 3.2 การศึกษาการทางานและตรวจสอบการทางานของชุดทดสอบ ........................................ 16 3.3 การสร้างและการพัฒนาหัวฉีดต้นแบบ ............................................................................. 22 3.4 การวัดมุมการกระจายของสเปรย์ (Spray Angle) ........................................................... 23 3.5 การจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (Computational Fluid Dynamics) ............. 27 3.6 การวัดหาการกระจายตัวของความเร็ว (Velocity Profile) .............................................. 31 บทที่ 4 ผลการวิจัย.......................................................................................................................... 32 4.1 ผลการออกแบบหัวฉีดแอร์บลาสต์ (Design) .................................................................... 32 4.2 ผลการวัดมุมการกระจายของสเปรย์ (Spray Angle) ....................................................... 33 ก 4.3 ผลที่ได้จากการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) ............................................ 37 4.4 อิทธิพลของมุมใบกังหันจากการจาลองพลศาสตร์เชิงคานวณ........................................... 46 4.5 อิทธิพลของช่องฉีดอากาศจากการจาลองพลศาสตร์เชิงคานวณ ....................................... 54 4.6 อิทธิพลของอัตราการไหลของอากาศจากการจาลองพลศาสตร์เชิงคานวณ (CFD) ........... 62 4.7 ผลการวัดหาการกระจายตัวของความเร็ว (Velocity Profile) ......................................... 64 บทที่ 5 สรุปผลการทดลองและข้อเสนอแนะ ................................................................................... 71 5.1 สรุปผลการทดลอง ........................................................................................................... 71 5.2 ข้อเสนอแนะ .................................................................................................................... 72 เอกสารอ้างอิง ................................................................................................................................. 73 ภาคผนวก ก .................................................................................................................................... 75 ภาคผนวก ข .................................................................................................................................... 78 ภาคผนวก ค .................................................................................................................................... 84 ภาคผนวก ง .................................................................................................................................. 111 ข บทที่ 1 บทนา 1.1 ที่มาและความสาคัญของโครงงานวิศวกรรม หัวฉีดพ่นสเปรย์ (Spray Nozzle) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สาหรับเพิ่มกระจายตัวของอนุภาคของ ของเหลว โดยการทาให้เป็นละออง ซึ่งเป็นการเพิ่มพื้นที่หน้าสัมผัส และทาให้ของเหลวมีประสิทธิภาพ ในการระเหย และแลกเปลี่ยนความร้อนได้ดีขึ้น [1] โดยทั่วไปสามารถจาแนกได้หลายประเภท ยกตัวอย่างเช่น 1) Pressure Nozzle ใช้แรงดันของของเหลวในการฉีดให้แตกตัว 2) Rotary Nozzle ใช้แรงเหวี่ยงจากการหมุนเพื่อทาให้ของเหลวแตกตัว 3) Ultrasonic Nozzle ใช้คลื่นเสียงความถี่สูงใน การสร้างละออง และ 4) Air-blast atomizer ใช้แรงเฉือนจากอากาศความเร็วสูงทาให้ของเหลวแตก ตัวเป็นฝอยละเอียด [2] หนึ่งในหัวฉีดที่ได้รับความนิยมในกระบวนการที่ต้องการละอองขนาดเล็ก เช่น การพ่นหมอก (Fogging Spray) สาหรับงานเกษตรกรรมหรือการพ่นฆ่าเชื้อโรค คือ Air-Blast atomizer เป็นระบบ ที่ใช้พลังงานจากอากาศในการทาให้ของเหลวแตกตัวเป็นละอองฝอย จึงสามารถควบคุมขนาดหยด ความเร็ว และระยะทางในการพ่นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปัจจุบันเครื่องพ่นละอองฝอย (ULV Fogging Sprayer) ที่มีการใช้งานอย่างแพร่หลายใน ประเทศไทย ส่วนใหญ่เป็นสินค้านาเข้าจากต่างประเทศ ส่งผลให้การบารุงรักษา การซ่อมแซม และ การจัดหาอะไหล่มีต้นทุนค่อนข้างสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนของหัวฉีด ซึ่งเป็นชิ้นส่วนสาคัญที่มีผล โดยตรงต่อประสิทธิภาพของการฉีดพ่นละอองฝอย จากการใช้งานจริงพบว่าหัวฉีดมีโอกาสเกิดการ ชารุดหรืออุดตันได้ง่าย เนื่องจากต้องทางานภายใต้สภาวะที่มีการไหลของของเหลวและอากาศอย่าง ต่อเนื่อง รวมถึงอาจมีสิ่งสกปรกหรือสารตกค้างสะสมภายในหัวฉีด ส่งผลให้หัวฉีดเป็นชิ้นส่วนที่ ต้องมี การเปลี่ยนบ่อยครั้งเมื่อเทียบกับส่วนอื่นของเครื่องพ่น [3] ซึ่งในการเปลี่ยนหัวฉีดใหม่ มักจะพบปัญหาหลัก ๆ ดังนี้ 1) หัวฉีดเชิงพาณิชย์ที่ใช้ในเครื่อง พ่นละอองฝอยมีราคาค่อนข้างสูง เนื่องจากส่วนใหญ่เป็นสินค้านาเข้า โดยมีราคาต่อหัวเฉลี่ยอยู่ในช่วง ประมาณ 700–1,000 บาท [4-7] นอกจากนี้ยังต้องใช้ระยะเวลาในการรอสินค้า ซึ่งอาจส่งผลให้การ ใช้งานเครื่องพ่นต้องหยุดชะงัก และเพิ่มค่าใช้จ่ายด้านการบารุงรักษา 2) หัวฉีดเชิงพาณิชย์ที่มีจาหน่าย ทั่วไปยังมีข้อจากัดด้านการใช้งานในหลายด้าน เช่น มุมพ่นสเปรย์และระยะพ่นที่ มีจากัด โดยทั่วไปมุม พ่นสเปรย์ของหัวฉีดในเครื่องพ่นละอองฝอยจะอยู่ในช่วงประมาณ 10–30 องศา ซึ่งอาจไม่เหมาะสม กับลักษณะงานบางประเภท เช่น งานที่ต้องการการกระจายละอองในพื้นที่กว้าง หรือต้องการควบคุม ทิศทางและระยะของการพ่นอย่างเฉพาะเจาะจง ส่งผลให้ประสิทธิภาพของการฉีดพ่นลดลงและอาจ 1 เกิดการสิ้นเปลืองสารเคมีโดยไม่จาเป็น ดังนั้นการออกแบบและพัฒนาหัวฉีดแอร์บลาสต์ ขึ้นมาเอง เพื่อใช้ภายในประเทศจึงมีความสาคัญ ช่วยลดการพึ่งพาการนาเข้าจากต่างประเทศ ลดต้นทุนการผลิต และได้รับ องค์ ความรู้ ในการออกแบบหัว ฉีด ประเภทนี้ใ ห้มี ความเหมาะสมกั บการใช้ งานแต่ ละ วัตถุประสงค์ โดยโครงการได้เริ่มต้นโดยมีเป้าหมายเพื่อออกแบบและพัฒนาหัวฉีดต้นแบบสาหรับเครื่องพ่น สเปรย์หมอก โดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ (3D Printing) ร่วมกับการจาลองพลศาสตร์ของไหล (CFD) เพื่อศึกษาผลของหัวฉีดที่มีมุมใบกังหันของอากาศที่ต่างกัน (10°, 15°, 20°) และเปรียบเทียบ กับหัวฉีดเชิงพาณิชย์ จากการทดลองวัดขนาดหยดด้วยเครื่องมือ Malvern Spraytec ที่การทางาน สูงสุดของเครื่อง Fogging Sprayer ที่มีอัตราการไหลของน้าเท่ากับ 0.0089 kg/s (อัตราการไหลของ อากาศไม่มีเครื่องมือที่เหมาะสมในการวัด) พบว่าหัวฉีดตัวต้นแบบสามารถสร้างสเปรย์ที่ละเอียด และ เหมาะสมกับการใช้งานทดแทนหัวฉีดนาเข้า และต่อมาในงานวิจัย ปี พ.ศ. 2561 [8] ได้พัฒนาต่อยอด โดยเน้นการสร้าง ชุดทดสอบหัวฉีดแบบ Air-Blast ซึ่งสามารถวัดและควบคุมอัตราการไหลของน้า และอากาศได้อย่างอิสระ แยกจากกัน เพื่อให้ได้ข้อมูลที่แม่นยามากขึ้น ตัวระบบประกอบด้วยระบบ จ่ายอากาศ (Blower, Flow nozzle, Pressure sensor) และระบบจ่ายน้า (Pressure tank, Flow meter, Control valve) โดยในการทดสอบหัวฉีดต้นแบบที่มีมุมใบกังหันต่างกัน (10°, 15°, 20°) ได้ กาหนดอัตราการไหลของน้าและอากาศเพียงค่าเดียวตลอดการทดลอง คือ 0.5 LPM และ 0.015 m3/s ตามลาดับ ผลที่ได้พบว่า ประสิทธิภาพของหัวฉีดต้นแบบที่มีมุมใบกังหันเท่ากับ 10 องศา ให้ สเปรย์ที่ละเอียดกว่าหัวฉีดเชิงพาณิชย์เล็กน้อย โดยใช้เครื่อง Malvern Spraytec ในการวัดการ กระจายตัวของขนาดหยดละออง อย่างไรก็ตาม การศึกษาที่ผ่านมายังไม่ครอบคลุม ทุกพารามิเตอร์ที่มีผลต่อสมรรถนะของ หัวฉีด เช่น สภาวะการทางานของหัวฉีด โครงงานนี้จึงเป็นโครงการต่อเนื่องจากโครงงานก่อนหน้า โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบ และพัฒนาหัวฉีดให้ครอบคลุม สภาวะการทางานของหัวฉีด ต้นแบบ ในโครงการก่อนหน้าที่ได้ออกแบบให้หัวฉีดมีมุมใบกังหันแตกต่างกัน ซึ่งโครงงานนี้จะศึกษาผลกระทบ ของขนาดช่องฉีดอากาศด้วยการจาลองเพื่อดูอิทธิพลต่อ คุณลักษณะของการไหลของอากาศ (ที่ ปราศจากสเปรย์) โดยใช้วิธีการคานวณเชิงตัวเลข (CFD) ผลที่ได้จะถูกตรวจสอบความถูกต้องกับผล การทดลองผลของคุณลักษณะการไหลของอากาศที่ได้จากหัวฉีดที่ออกแบบมีความสาคัญต่อการแตก ตัวและคุณลักษณะของสเปรย์ นอกจากนี้ใช้วิธีการทดลองเพื่อดูอิทธิพลของมุมสเปรย์โดยใช้เทคนิค Image Processing 1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน ออกแบบหัวฉีดแอร์บลาสต์สาหรับเครื่องพ่นสเปรย์หมอกให้ครอบคลุมสภาวะการทางาน โดยศึกษาคุณลักษณะการไหลของอากาศและมุมสเปรย์ ภายใต้อิทธิพลของมุมใบกังหัน และขนาด ของช่องฉีดอากาศ 1.3 ขอบเขตของโครงงาน 1. ออกแบบหัวฉีด และสร้างหัวฉีดแอร์บลาสต์ที่ใช้อากาศในการแตกตัวน้าให้เป็นสเปรย์ โดย ใช้เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติ 2. ปรับปรุงชุดทดสอบหัวฉีดแบบแอร์บลาสต์ ให้สามารถทางาน สามารถวัดและควบคุม อัตราการไหลของอากาศและน้าได้อย่างถูกต้อง รวมถึงชุดดักละอองสเปรย์ 3. ศึกษาคุณลักษณะการไหลของอากาศของหัวฉีดที่ออกแบบ โดยใช้วิธีการจาลองพลศาสตร์ ของไหลเชิงคานวณ (CFD) ด้วยโปรแกรม ANSYS Fluent และการทดลองโดยใช้ pitot tube ในการ วัดความเร็วที่ downstream 4. ศึกษามุมของสเปรย์ด้วยเทคนิคการถ่ายภาพด้วยกล้อง SLR ร่วมกับการประมวลผลภาพ (image processing) 1.4 ขั้นตอนการดาเนินงานและงบประมาณ 1.4.1 แผนการดาเนินงาน รายละเอียด ผูร้ บั ผิดชอบ P/A ก.ค. ส.ค. ก.ย. ต.ค. พ.ย. ธ.ค. ม.ค. ก.พ. มี.ค. Proposal 1. กาหนดหัวข้อโครงงาน เสฏฐวุฒิ่ี ยวข่ 2. ศึกษาข้อมูลและทฤษฎีทเกี้อง ธีรภัทร์่ 3. ทีมาและความสาคัญของโครงงาน ดนยา 4. วัตถุประสงค์โครงงาน ภูศร 5. กาหนดขอบเขตของโครงงาน ดนยา Progress 1 P A P A P A P A P A หัวหน้าเฟส : ดนยา หัวหน้าเฟส : เสฏฐวุฒิ 6.ปรบั ปรุงชุดการทดสอบ 6.1 ตรวจสอบและปรบั ปรุงระบบนา้ ภูศร 6.2 ตรวจสอบและปรบั ปรุงระบบอากาศ เสฏฐวุฒิ้่ ด Digiflow 6.3 คาณวนอัตราการไหลของนาจากเครื องวั ดนยา 7. ออกแบบและสร้างหัวฉี ดสาหรบั การทดลอง ธีรภัทร์ P A P A P A P A หัวหน้าเฟส : ธีรภัทร์ รูProgress ปที่ 1.1 2แผนการดาเนินงาน (Proposal และ P Progress 1) ธีรภัทร์่ ดคุณลักษณะของสเปรย์ 8. ออกแบบการทดลองเพือวั 9. ทาการทดลองวัดหาคุณลักษณะของสเปรย์ 9.1 วัด Air velocity profile 9.2 วัดมุมการกระจายของสเปรย์(Image Processing) 10.ทาการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ A 2 เสฏฐวุฒิ ภูศร P A P A 6.1 ตรวจสอบและปรบั ปรุงระบบนา้ ภูศร 6.2 ตรวจสอบและปรบั ปรุงระบบอากาศ เสฏฐวุฒิ้่ ด Digiflow 6.3 คาณวนอัตราการไหลของนาจากเครื องวั ดนยา 7. ออกแบบและสร้างหัวฉี ดสาหรบั การทดลอง ธีรภัทร์ Progress 2่ ดคุณลักษณะของสเปรย์ 8. ออกแบบการทดลองเพือวั ธีรภัทร์ P A P A P A P A P A หัวหน้าเฟส : ธีรภัทร์ 9. ทาการทดลองวัดหาคุณลักษณะของสเปรย์ 9.1 วัด Air velocity profile เสฏฐวุฒิ 9.2 วัดมุมการกระจายของสเปรย์(Image Processing) ภูศร P A P A 10.ทาการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ 10.1 การสร้างแบบจาลองหัวฉี ดด้วย SolidWorks ธีรภัทร์่ 10.2 การกาหนดขอบเขตและเงือนไขการจาลอง ภูศร 10.3 ศึกษาผลกระทบของเมซ ดนยา 10.4 ตรวจสอบผลลัพธ์ (contour, streamline ,velocity profile) ดนยา Final 11. วิเคราะห์ผลการทดลอง ธีรภัทร์ 12. สรุปผลการทดลอง เสฏฐวุฒิ 13. จัดทาเล่มปริญญานิ พนธ์ ดนยา P A P A P A P A P A P A P A หัวหน้าเฟส : ภูศร 0 รูปที่ 1.2 แผนการดาเนินงาน (Progress 2 และ Final) 1.4.2 งบประมาณ ในขั้นต้นนี้ให้สารวจงบประมาณในการดาเนินการตามความเป็นจริงเท่าที่เป็นไปได้ ตารางที่ 1.1 แสดงงบประมาณค่าใช้จ่ายประจาโครงงาน รายละเอียด 1. ปรับปรุงชุดทดสอบ (ระบบดูดและกรองสเปรย์, ชุดทดลอง, แท่นวาง เลเซอร์) 2. สร้างหัวฉีดสเปรย์ทดลอง 10 ชิ้น (2 ชุด) งบประมาณรวม 3 งบประมาณ (บาท) 6,000 2,000 8,000 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง 2.1 ทบทวนวรรณกรรม (Literature review) ในปี 2560 สินธูและคณะ [2] ได้ทาโครงงานเพื่อศึกษา ออกแบบ และพัฒนาหัวฉีดต้นแบบ สาหรับเครื่องพ่นสเปรย์หมอก ด้วยการพิมพ์สามมิติ โดยได้เริ่มต้นศึกษาการทางานของเครื่องพ่น สเปรย์หมอกและหัวฉีดเชิงพาณิชย์ โดยหัวฉีดที่ใช้ในเชิงพาณิชย์เป็นประเภท Air-Blast Atomizer ที่ ฉีดน้าออกมาเป็นลาเจ็ต ทั้งหมด 8 รู อากาศไหลผ่านใบหมุนวน 6 ใบที่ทามุม 17.89 องศากับแกนตั้ง และปะทะกับลาเจ็ตให้กลายเป็นฝอยละอองขนาดเล็ก สาหรับหัวฉีดต้นแบบได้ถูกออกแบบให้มีการ ฉีดของเหลวในรูปของ Conical Sheet และมีอากาศไหลวนมาปะทะในมุมตั้งฉากกับการฉีดของ ของเหลว โดยใบหมุนวนของอากาศถูกออกแบบให้มีมุมเท่ากับ 10, 15 และ 20 องศา เพื่อศึกษา อิทธิพลของใบหมุนวนต่อการแตกตัวของสเปรย์ จากนั้นได้ทาการวัดขนาดหยดของสเปรย์ โดยใช้เทคนิคการเลี้ยวเบนของแสงวัดที่หน้าตัด ของสเปรย์ 2 หน้าตัดที่มีระยะห่างจากหัวฉีดเท่ากับ 0.3 และ 0.5 เมตร โดยทาการทดลองที่ความเร็ว รอบสูงสุดของมอเตอร์ของเครื่อง Fogging Sprayer ซึ่งมีอัตราการไหลของน้าเท่ากับ 0.0089 kg/s โดยอัตราการไหลของอากาศยังไม่สามารถวัดได้ด้วยเครื่องมือวัดที่เหมาะสม จากผลการทดลองพบว่า หัวฉีดตัวต้นแบบมุมใบกังหัน 10 องศานั้นมีประสิทธิภาพมากที่สุด ในหัวฉีดตัวต้นแบบและมีคุณลักษณะใกล้เคียงกับหัวฉีดเชิงพาณิชย์มากที่สุดอีกด้วย โดยหัวฉีด ต้นแบบมุมใบกังหัน 10 องศาให้สเปรย์ที่มีขนาดหยด D32 = 16.27 µm, D43 = 23.07 µm และมี ค่า Span factor = 1.46 ในขณะที่หัวฉีดเชิงพาณิชย์ให้สเปรย์ที่มีขนาดหยด D32 = 16.17 µm, D43 = 28.05 µm และมีค่า Span factor = 2.64 ต่อมาในปี 2561 จักรพรรณ์และคณะ [8] ได้ออกแบบและสร้างชุดทดสอบสาหรับหัวฉีดแบบ Air-blast เพื่อวัดและควบคุมอัตราการไหลของอากาศและน้าแยกกันได้อย่างอิสระ โดยได้ทาการ ออกแบบ Process flow diagram และการจัดวางอุปกรณ์ต่าง ๆ ของชุดทดสอบหัวฉีด จากนั้นจัดหา วัสดุและอุปกรณ์ในการสร้างชุดทดสอบหัวฉีด และได้ทาการสร้างชุดทดสอบโดยใช้น้าและอากาศเป็น ของไหลในการทดสอบ สุดท้ายตรวจสอบการทางานของอุปกรณ์ในชุดทดสอบและทาการทดสอบกับ หัวฉีด เมื่อสร้างชุดทดสอบเสร็จเรียบร้อย จักรพรรณ์และคณะได้ทาการทดสอบวัดขนาดหยดของ หัวฉีดต้นแบบกับหัวฉีดเชิงพาณิชย์ ด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนของแสง ที่อัตราการไหลของอากาศ 0.015 m3/s และอัตราการไหลของน้า 0.5 LPM ซึ่งเป็นที่สภาวะการทางานเดียวกัน โดยทาการวัดที่ หน้าตัดของสเปรย์ 2 หน้าตัดที่มีระยะห่างจากหัวฉีดเท่ากับ 0.3 และ 0.5 เมตร ผลการวัดที่ได้พบว่า หัวฉีดต้นแบบ (มุมใบกังหัน = 10 องศา) ให้ค่า D32 ที่ระยะ 0.3 เมตร เท่ากับ 27.10 µm และที่ระยะ 0.5 เมตรเท่ากับ 31.31 µm และให้ค่า Dv50 ที่ระยะ 0.3 เมตร 4 เท่ากับ 44.70 µmและที่ระยะ 0.5 เมตรเท่ากับ 51.31 µm ขณะที่หัวฉีดเชิงพาณิชย์ให้ค่า D32 ที่ ระยะ 0.3 เมตรเท่ากับ 52.14 µm และที่ระยะ 0.5 เมตรเท่ากับ 61.79 µm และให้ค่า Dv50 ที่ระยะ 0.3 เมตร เท่ากับ 67.66 µmและที่ระยะ 0.5 เมตรเท่ากับ 89.21 µm ดังนั้นสามารถสรุปได้ว่า หัวฉีด ต้นแบบมีประสิทธิภาพที่สูงกว่าหัวฉีดเชิงพาณิชย์ โดยให้ขนาดหยดที่เล็กกว่า 2.2 ประเภทของหัวฉีด (Atomizer types) หัวฉีดเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เปลี่ยนของเหลวเป็นละอองฝอย เพื่อนาไปใช้ในกระบวนการต่า ง ๆ เช่น การพ่นหมอก พ่นสี เผาไหม้เชื้อเพลิง และกระบวนการทางอุตสาหกรรม โดยจุดประสงค์ของการ แตกตัวของของเหลว คือการลดขนาดหยดให้เล็กเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัส และเพิ่มประสิทธิภาพในการ ใช้งาน อีกทั้งหัวฉีดยังสามารถจาแนกออกเป็นหลายประเภทตามหลักการทางาน [9] 2.2.1 Pressure atomizers ใช้แรงดันของของเหลวเองในการผลักผ่านรูเล็ก ๆ ด้วยความเร็วสูง และของเหลวเกิดการ แตกตัวเมื่อไหลผ่านรูฉีดหรือหัวพ่นที่ออกแบบให้เกิดความปั่นป่วนหรือหมุนวน 2.2.2 Rotary atomizers ใช้แผ่นหรือถ้วยหมุนความเร็วสูงในการเหวี่ยงของเหลวออกสู่ขอบ พลังงานจากการหมุนทา ให้ของเหลวแตกตัวเป็นหยด 2.2.3 Air-Blast atomizers ใช้ลมแรงดันสูงหรืออากาศความเร็วสูงทาให้เกิดแรงเฉือนกับของเหลว เหมาะกับของเหลวที่มี อัตราการไหลต่าหรือแรงดันต่า แต่ต้องการละอองละเอียดมาก 2.2.4 Air-Assist atomizers คล้ายหัวฉีด Air-Blast แต่ใช้ปริมาณลมน้อยกว่า จะพ่นของเหลวผ่านรูฉีดแล้วใช้ลมช่วย กระจายสเปรย์ให้ละเอียดขึ้น 2.2.5 Ultrasonic atomizers ใช้แผ่นเซรามิคหรือแผ่นโลหะสั่นด้วยความถี่สูง (20–120 kHz) และมีการสั่นผิวของเหลวจน แตกตัวเป็นละอองโดยไม่ต้องใช้แรงดัน 2.2.6 Electrostatic atomizers ใช้ไฟฟ้าสถิตทาให้เกิดแรงดึงของเหลวเป็นหยดและควบคุมทิศทางของสเปรย์ หยดมีประจุ ไฟฟ้า สามารถเกาะติดกับวัตถุเป้าหมายได้ดีขึ้น 5 2.3 หัวฉีดประเภทแอร์บลาสต์ (Air-Blast atomizer) หัวฉีดแบบ Air-Blast Atomizer เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยในการเปลี่ยนของเหลวเป็นละอองน้า ละเอียด โดยอาศัยแรงเฉือนระหว่างของเหลวกับกระแสลมความเร็วสูง ซึ่งแตกต่างจากหัวฉีดแบบ แรงดันทั่วไปที่ใช้แรงดันของของเหลวล้วน ๆ ลักษณะเด่นของหัวฉีดแบบนี้คือสามารถผลิตละออง ขนาดเล็กได้แม้ในกรณีที่ของเหลวมีอัตราการไหลต่า จึงเหมาะกับการใช้งานในระบบ fogging, การ ควบคุมฝุ่น , การพ่น สารฆ่าเชื้อ และการเผาไหม้ในอุตสาหกรรมพลังงาน หัว ฉีดแบบ Air-blast Atomizer สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิดย่อย คือ 1) Internal Mixing Type อากาศและของเหลว ผสมกันภายในหัวฉีด ทาให้ได้สเปรย์มุมแคบแต่ละเอียดมาก 2) External-Mixing Type อากาศและ ของเหลวแยกกันจนกระทั่งออกจากหัวฉีด ทาให้ควบคุมรูปแบบการพ่นได้ดี หัวฉีดแบบ Air-Blast เป็นทางเลือกที่เหมาะสมสาหรับระบบที่ต้องการละอองละเอียดและ ควบคุมทิศทางได้อย่างแม่นยา จากการทบทวนงานวิจัยในระดับอุตสาหกรรมและการศึกษาระดับ ปริ ญ ญาตรี พบว่า หั ว ฉี ด ประเภทนี้ สามารถปรั บ แต่ง ให้เ หมาะสมกั บ การใช้ งานได้ ห ลากหลาย โดยเฉพาะเมื่อออกแบบด้วยการพิมพ์ 3 มิติ ร่วมกับการจาลอง CFD และการทดสอบเชิงทดลอง ซึ่ง สามารถทดแทนหัวฉีดเชิงพาณิชย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ 2.4 ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของหัวฉีด 2.4.1 ความหนืด คื อ คุ ณ สมบั ติ ข องของเหลวที่ ต่ อ ต้า นต่ อ การเปลี่ ย นแปลงรู ป ร่า ง หรื อ การจั ด เรี ย ง องค์ประกอบระหว่างการไหล ความหนืดของของเหลวมีผลต่อรูปแบบการพ่นและขนาดของหยด ของเหลวที่มีความหนืดสูง ต้องใช้ความดันที่สูงขึ้นเพื่อเริ่มต้นการก่อตัวของรูปแบบสเปรย์และทาให้ได้ มุมการ ฉีดพ่นที่แคบกว่าเมื่อเทียบกับน้า 2.4.2 ความตึงผิว คือแรงที่ทาให้โมเลกุลของของเหลวเกาะกันบริเวณผิว ทาให้ของเหลวมีแนวโน้มจะหดตัวและ คงรูปเป็นหยดกลม ๆ ส่งผลกับการแตกตัวทุติยภูมิ (Secondary break-up) คือ การที่หยดขนาด ใหญ่ที่เกิดจากการแตกตัวปฐมภูมิแตกตัวเพิ่มเติมเป็นหยดเล็กๆ อีกครั้งในอากาศ ทาให้ละออง กระจายตัวดีขึ้น 6 2.4.3 ความหนาแน่นของไหล คือมวลของของไหลต่อหนึ่งหน่วยปริมาตรมีผลต่อแรงดัน, ความเร็ว และขนาดของหยด หาก ของไหลมีความหนาแน่นต่า มักให้ประสิทธิภาพการฉีดพ่นที่ดีกว่าในแง่ของความละเอียดของละออง และการกระจายตัว เพราะแตกตัวได้ง่าย ใช้แรงดันน้อย และตอบสนองเร็ว 2.4.4 รูปร่าง และขนาดของหัวฉีด รูปร่าง ขนาดของรู และมุมใบกังหันของหัวฉีดส่งผลโดยตรงต่ออัตราการไหลของน้าและ อากาศ ยังมีผลไปถึงขนาดหยดของละอองฝอยอีกด้วย 2.5 การหาอัตราการไหลของน้าและอากาศ 2.5.1 อัตราการไหลของน้า การคานวณอัตราการไหลของน้าอาศัยหลักการอนุรักษ์มวล (Continuity of flow) กล่าวคือ ปริมาตรของของไหลที่ผ่านหน้าตัดหนึ่งในช่วงเวลาหนึ่งจะเท่ากับผลคูณของอัตราการไหลเฉลี่ยและ เวลา ดังนั้น หากเก็บน้าที่ไหลจากท่อหรือหัวฉีดลงในภาชนะที่ทราบปริมาตรแน่นอน แล้วจับเวลาที่ใช้ ในการไหลเต็มภาชนะนั้น ก็สามารถคานวณอัตราการไหลได้โดยตรงจากสมการ 𝑉 𝑄 = (1) 𝑡 โดยที่ 𝑄 คือ อัตราการไหล (Flow rate) (m³/s) 𝑉 คือ ปริมาตรของน้าที่ไหลผ่านในช่วงเวลาหนึ่ง (m³) 𝑡 คือ ช่วงเวลาที่น้าไหล (s) 2.5.2 อัตราการไหลของอากาศ มานอมิเตอร์ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สาหรับการวัดความดันชนิดอาศัยการเปลี่ยนแปลงทางกลมี โครงสร้างเป็นหลอดใสภายในบรรจุของเหลว ทางานโดยอาศัยการเปรียบเทียบกับความดันที่รู้ค่า โดยในการทดสอบนี้ได้ใช้เป็นมานอมิเตอร์แบบท่อตัวยู (U – tube manometer) ซึ่งสามารถวัดความ ดันในรูปแบบของความดันเกจ หรือ ความดันแตกต่าง (differential pressure) โดยพิจารณาจาก ความแตกต่างของระดับความสูงของของเหลว (𝛥ℎ) ภายในหลอดแก้วสองข้าง [10] 7 รูปที่ 2.1 U – tube manometer ในการวัดค่าความดันด้วยมานอมิเตอร์ ความต่างระดับของของเหลว (𝛥ℎ) สามารถใช้หา ความดันได้ดังสมการ 𝑃 = 𝜌𝑔𝛥ℎ (2) 2.5.3 ความดันเกจ (Gauge Pressure, P) ทาได้โดยการใช้มาโนมิเตอร์รูปตัวยูที่มีปลายด้านหนึ่ง เปิดไว้ที่ความดันบรรยากาศ ส่วนปลาย อีกด้านหนึ่ง ต่อเข้ากับสิ่งที่ต้องการวัดความดัน ค่าความดันแตกต่างที่ได้ (𝛥𝑃) เป็นค่าความดัน แตกต่างระหว่างความดันที่ต้องการวัดกับความดันบรรยากาศ ค่าความดันที่วัดได้นี้เป็นความดันเกจ มี จุดอ้างอิงอยู่ที่ความดันบรรยากาศ โดยที่ 𝑃 คือ ความดันเกจ (Pa) 𝜌 คือ ความหนาแน่นของของไหลในมานอมิเตอร์ (kg/m³) 𝑔 คือ ความเร่งโน้มถ่วง (m/s²) 𝛥ℎ คือ ความต่างระดับของของไหลในมานอมิเตอร์ (m) 2.5.4 ความดันแตกต่าง (Differential Pressure) ทาการวัดได้โดยการใช้มาโนมิเตอร์รูปตัวยู ที่ปลายทั้งสองข้างต่อเข้ากับสิ่งที่ต้องการวัดความ ดัน ค่าความดันแตกต่างที่ได้ (𝛥𝑃) เป็นค่าความดันแตกต่างระหว่างจุดวัดความดันสองจุด จากนั้นนา ค่าความดันแตกต่างที่อ่านได้ไปคานวณเพื่อหาค่าอัตราการไหล ของของไหลภายในท่อ ดังรูปที่ 2.2 8 รูปที่ 2.2 การวัดค่าความดันแตกต่างเพื่อหาอัตราการไหลผ่าน Orifice หรือ nozzle โดยสูตรที่นาไปคานวณหาอัตราการไหลของอากาศจะเป็นไปตามสมการดังนี้ 2∆𝑃 𝑄 = 𝐶𝑑 𝐴√𝜌(1−𝛽4) (3) โดยที่ 𝑄 คือ อัตราการไหลเชิงปริมาตรของอากาศ (m3/s) 𝑐d คือ ค่าสัมประสิทธิ์การไหล (Discharge Coefficient) 𝐴 คือ พื้นที่หน้าตัด (m2) 𝜌 คือ ความหนาแน่นของของไหลในมานอมิเตอร์ (kg/m³) 𝛽 คือ อัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางช่องวัดต่อท่อหลัก (Diameter ratio) 2.6 การวัดมุมสเปรย์ด้วยกระบวนการ Image Processing มุมของสเปรย์ (Spray Angle) เป็นพารามิเตอร์สาคัญที่ใช้บ่งบอกลักษณะการกระจายตัวของ ละอองจากหัวฉีด โดยมีผลต่อความหนาแน่นของละออง การกระจายของหยดน้า และพื้นที่ที่สเปรย์ ครอบคลุม การวัดมุมสเปรย์แบบดั้งเดิมทาได้โดยการถ่ายภาพลักษณะการพ่น และวัดมุมด้วยวิธี กราฟิกหรือเครื่องมือวัดมุม ซึ่งในปัจจุบันมีการนาเทคนิค Image Processing เข้ามาช่วย เพื่อวัดมุม ของสเปรย์ โดยถ่ายภาพสเปรย์บนพื้นหลังที่มีความแตกต่างสูง จากนั้นใช้การแปลงภาพเป็นไบนารี และตรวจจับขอบเพื่อหาขอบซ้ายและขอบขวาของลาสเปรย์ แล้วคานวณมุมระหว่างเส้นทั้งสอง 9 ในการทดสอบวัดมุมสเปรย์ด้วยกระบวนการ Image Processing จะทาการทดสอบวัดมุม และคานวณผ่านโปรแกรม ImageJ ซึ่งเป็นโปรแกรมประมวลผลภาพแบบโอเพนซอร์สที่พัฒนาโดยใช้ ภาษา Java สามารถ แสดงผล แก้ไข วิเคราะห์ ประมวลผล บันทึก และพิมพ์ภาพได้ในหลายรูปแบบ บิต เช่น 8-bit, 16-bit และ 32-bit นอกจากนี้ยังสามารถคานวณพื้นที่ ค่าสถิติของค่า pixel ใน บริเวณที่ผู้ใช้กาหนดได้ และวัดระยะทางและมุม , สร้าง histogram ความหนาแน่นของภาพ, และ กราฟเส้นโปรไฟล์ (line profile plot) ได้อีกด้วย รูปที่ 2.3 โปรแกรม ImageJ 2.7 การวัดหา Velocity Profile โดย Pitot tube เป็นอุปกรณ์วัดการไหล ที่มีลักษณะเป็นโพรบทรงกระบอกใช้สาหรับวัดการไหลของของไหล โดยการสอดโพรบในทิศทางต้านกระแสของไหล ทางานโดยอาศัยหลักการแปลงความดันเชิงความเร็ว เป็นความดันที่จุดหยุดนิ่ง (stagnation pressure) โดยค่าความดันแตกต่างที่วัดได้สามารถนามาใช้ คานวณค่าความเร็วของไหล โดยใช้ทฤษฎีของเบอร์นูลลี่ (Bernoulli's theorem) ดังสมการ 2(𝑃𝑠𝑡𝑎𝑡 −𝑃𝑖𝑚𝑝 ) 𝑣=√ 𝜌 โดยที่ 𝑣 คือ ความเร็วของไหล 𝑃𝑠𝑡𝑎𝑡 คือ ความดันสถิตภายในท่อ 𝑃𝑖𝑚𝑝 คือ ความดันกระทบหรือความดันที่จุดหยุดนิ่ง 10 (4) รูปที่ 2.4 การวัดการไหลด้วยเครื่องมือวัดการไหลชนิดท่อปิโตต์ [11] โดยสามารถอ่านค่าได้ด้วย Testo 440 dP ซึ่งเป็นเครื่องวัดความดันต่าง (Differential Pressure Meter) เป็นอุปกรณ์สาคัญในงานวิศวกรรมเครื่องกลและระบบของไหล สามารถวัดความ ดันต่างได้อย่างแม่นยา และสามารถประยุกต์ใช้ร่วมกับหัววัดต่าง ๆ เพื่อหาความเร็วลมและอัตราการ ไหลได้ หลั ก การทางานของเครื่ อ ง Testo 440 dP ทางานโดยใช้ เซนเซอร์ วั ด ความดั น ต่า ง (Differential Pressure Sensor) ตามมาตรฐาน ISO 5167-1:2003 ซึ่งรับค่าความดันจากสอง ตาแหน่ง ได้แก่ ความดันด้านสูง (P1)และความดันด้านต่า (P2) จากนั้นเครื่องจะคานวณค่าความดัน ต่างตามสมการ: ∆𝑃 = 𝑃1 − 𝑃2 (5) ค่าความดันต่างนี้จะถูกนาไปประมวลผลเพื่อแสดงผลโดยตรง หรือใช้คานวณพารามิเตอร์อื่น เช่น ความเร็วของของไหล และอัตราการไหล 2.8 เครื่องพิมพ์สามมิติ 2.8.1 นิยามของเครื่องพิมพ์สามมิติ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ คือนวัตกรรมการพิมพ์ที่ทาให้งานตามที่ออกแบบไว้ ถูกผลิตออกมาได้ อย่างสมจริง สามารถจับต้องได้ รวมถึงการนาไปใช้ประโยชน์ได้จริง ส่วนใหญ่ใช้หลักการทางาน เหมือนกันคือ พิมพ์แต่ละชั้นในแนวระนาบกับพื้นโลกแบบแกน XY หรือแนวตัดขวางก่อน หลังจาก 11 นั้นเครื่องพิมพ์จะเลื่อนฐานไปพิมพ์ในชั้นถัดไป ทับไปเรื่อย ๆ จนออกมาเป็นรูปร่าง 3 มิติ [12] โดยสามารถแบ่งประเภทของเครื่องพิมพ์สามมิติได้ 4 ประเภท ดังนี้ 1. ระบบฉีดเส้นพลาสติก FDM (Fused Deposition Modeling) 2. ระบบถาดเรซิ่น (SLA หรือ DLP) 3. ระบบผงยิปซั่ม (Powder 3D Printer) 4. ระบบหลอมผงพลาสติก ผงโลหะ เซรามิก (SLS) 2.8.2 หลักการทางานของเครื่องพิมพ์ 3 มิติแต่ละประเภท 1. ระบบฉีดเส้นพลาสติก FDM (Fused Deposition Modeling) หลักการพิมพ์คือ การ หลอมเส้นพลาสติกให้กลายเป็นของเหลวแล้วฉีดออกมาเป็นเส้น ด้วยหัวฉีด (Nozzle) ที่มีลักษณะ คล้ายกับปืนกาว โดยเครื่องพิมพ์ FDM จะวาดเส้นพลาสติกที่ถูกฉีดออกมา เริ่มจากในแกนระนาบเป็น ชั้นไปเรื่อย ๆ จนได้ชิ้นงานที่ต้องการ 2. ระบบถาดเรซิ่น (SLA หรือ DLP) ระบบนี้จะฉายแสงไปที่ถาดใส่เรซิ่นความไวแสง เมื่อเร ซิ่นถูกแสงจะแข็งตัวเฉพาะจุดที่โดนแสงจึงใช้หลักการนี้ในการสร้างรูปร่าง 3 มิติขึ้นมา โดยระบบ SLA (Stereo Lithography) และ DLP (Digital Light Processing) ต่างกันที่ต้นกาเนิดของแสง และ ความเร็วในการทาชิ้นงาน ต่อมาระบบSLA ใช้แหล่งกาเนิดแสงด้วยแสงเลเซอร์ โดยเครื่องจะทาการยิง เลเซอร์ไปที่ถาดเรซิ่นและวาดเส้นเลเซอร์ไปเรื่อย ๆ ระบบ DLP (Direct Light Process) จะใช้ โปรเจคเตอร์ฉายแสงไปที่ถาดเรซิ่นซึ่งภาพนั้นจะฉายไปทั้งเลเยอร์บนถาดเรซิ่นทาให้ ใช้เวลาในการ พิมพ์น้อยกว่า 3. ระบบผงยิปซั่ม (Powder 3D Printer) เรียกกันว่าเครื่องพิมพ์ระบบแป้ง โดยใช้ผงยิปซั่ม หรือผงพลาสติกเป็นตัวขึ้นชิ้นงาน เครื่องพิมพ์จะทางานโดยพิมพ์ลงไปบนผงยิปซั่มและใส่สีเข้าไปด้วย ในขณะที่พิมพ์จะฉีด Blinder ลงไปผสานให้เข้ากันเป็นรูปร่าง จุดเด่นของเครื่องพิมพ์นี้คือการให้สีได้ สมจริง เหมาะกับงานศิลปะเหมือนจริงหรือชิ้นงานที่ต้องการเห็นสีสันที่สมจริง 4. ระบบหลอมผงพลาสติกผงโลหะเซรามิก (SLS: Selective Laser Sintering) มีหลักการ ทางานคล้ายกับระบบ SLA แต่ต่างกันที่วิธีการทาให้เรซิ่นแข็งตัวโดยการฉายเลเซอร์ โดยระบบ SLS นั้นจะยิงเลเซอร์ไปโดยตรงบนผงวัสดุ เช่นผงทองเหลือง ทาให้ผงวัสดุหลอมละลายเป็นเนื้อเดียวกัน และทับซ้อนกันต่อไปเป็นชั้น 12 2.9 การจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณด้วยโปรแกรม ANSYS – Fluent การจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (Computational Fluid Dynamics: CFD) เป็น เทคนิคที่ใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการวิเคราะห์และทานายพฤติกรรมการไหลของของไหล โดยอาศัยการ แก้สมการอนุรักษ์มวล โมเมนตัม และพลังงานด้วยวิธีเชิงตัวเลข ปัจจุบัน CFD ถูกนามาใช้อย่าง แพร่หลายในงานวิศวกรรม เนื่องจากสามารถช่วยลดต้นทุนและเวลาในการทดลองจริง รวมถึงช่วยให้ เข้าใจลักษณะการไหลที่ซับซ้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่ง ANSYS Fluent เป็นโปรแกรม CFD ที่ ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในงานด้านการวิจัยและอุตสาหกรรม เนื่องจากมีความสามารถในการ จาลองการไหลของของไหลได้หลากหลายรูปแบบ และรองรับแบบจาลองทางฟิสิกส์ที่เหมาะสมกับ ปัญหาทางวิศวกรรมต่าง ๆ โปรแกรมดังกล่าวสามารถนามาใช้ในการวิเคราะห์สนามความเร็ว และ ลักษณะการไหลของของไหลภายใต้เงื่อนไขที่กาหนดได้อย่างละเอียด [13] ในระบบสเปรย์ ลักษณะการไหลและความเร็วของอากาศมีบทบาทสาคัญต่อการกระจายตัว และพฤติกรรมของสเปรย์ โดยในงานวิจัยนี้เลือกพิจารณาเฉพาะการไหลของอากาศแบบเฟสเดียว (single phase) โดยไม่รวมผลของอนุภาคของเหลว เนื่องจากการทดลองพบว่าของเหลวมีผลน้อย มากเมื่อเทียบกับอากาศ เพื่อวิเคราะห์คุณลักษณะของการไหลที่ส่งผลต่อสเปรย์ เช่น การกระจายของ ความเร็ว ความดัน อุณหภูมิ Streamline รวมไปถึงพารามิเตอร์อื่นๆที่สนใจ การศึกษาดังกล่าวช่วย ให้เข้าใจโครงสร้างการไหลของอากาศซึ่งเป็นปัจจัยพื้นฐานก่อนการพิจารณาระบบสเปรย์ที่มีความ ซับซ้อนมากขึ้น [14] ดังนั้น ในงานวิจัยนี้จึงใช้โปรแกรม ANSYS Fluent ในการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิง คานวณของอากาศ และนาผลการจาลองมาวิเคราะห์ เปรียบเทียบคุณลักษณะของการไหลกับการ ทดลอง ผลที่ได้จากการศึกษานี้สามารถใช้เป็นแนวทางเบื้องต้นสาหรับการออกแบบ การวิเคราะห์ และการพัฒนาหัวฉีดแอร์บลาสต์ 2.9.1 แบบจาลองความปั่นป่วน (Turbulent model) Kmecova และคณะ (2019) [15] ได้ทาการเปรียบเทียบแบบจาลองการไหลแบบปั่นป่วน (Turbulent-flow models) จานวน 5 แบบ ได้แก่ แบบจาลอง k-  มาตรฐาน (Standard), แบบจาลอง k- แบบ Realizable, แบบจาลอง k- มาตรฐาน, แบบจาลอง SST k- (Shear Stress Transport), และแบบจาลองความเค้นเรย์นอลด์ (RSM) สาหรับเจ็ตอิสระทรงกลม (Circular free jets) โดยพบว่าแบบจาลอง SST k- ที่ใช้สัมประสิทธิ์มาตรฐานให้ผลลัพธ์ที่สอดคล้องดีที่สุด ในขณะที่แบบจาลอง k- มาตรฐาน มีความแตกต่างระหว่างผลการจาลองและโมเดลทางทฤษฎีสูงถึง ประมาณ 60% 13 Escue และ Cui (2010) [16] ได้เปรียบเทียบแบบจาลองความปั่นป่วนระหว่าง RNG k- และแบบจาลองความเค้นเรย์นอลด์ (RSM) ในการจาลองการไหลแบบหมุนวนภายในท่อ (Swirling pipe flows) ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าแบบจาลอง RNG k- มีความสอดคล้องกับข้อมูลจากการทดลอง ได้ดีกว่า อย่างไรก็ตาม ทั้งสองแบบจาลองทานายการลดลงของปริมาณความปั่นป่วน (Turbulence quantities) ได้อย่างไม่สมจริง ซึ่งบ่งชี้ถึงความไม่เพียงพอของแบบจาลองดังกล่าว Wannassi และ Monnoyer (2016) [17] ได้ต รวจสอบเชิงตัว เลขเกี่ยวกับการไหลผ่าน ใบพัดของเครื่องกาเนิดการหมุนวน (Swirl generator) โดยมีการทดสอบและเปรียบเทียบแบบจาลอง ความปั่น ป่ว นสองแบบ ได้แก่ (Low-Re) SST k- และ (High-Re) k- มาตรฐาน กับข้อมูล เชิง ตัวเลขและการทดลองจากงานวิจัยอื่น ทั้งสองแบบจาลองแสดงความสอดคล้องที่ดีกับงานวิจัยอื่น ยกเว้นข้อมูลที่ได้จากแบบจาลอง Low-Re k- ทั้งนี้ พวกเขาเลือกใช้แบบจาลอง SST k- สาหรับ ส่ ว นที่ เ หลื อ ของงานวิ จั ย เนื่ อ งจากสามารถทานายความปั่ น ป่ ว นบริ เ วณใกล้ ผ นั ง ( Near-wall turbulence) ได้เป็นอย่างดี Banu และ Mani (2019) [18] ได้ประยุกต์ใช้แบบจาลอง SST k- ในการศึกษาอีเจ็ค เตอร์ (Ejector) ที่ติดตั้งเครื่องกาเนิดการหมุนวน โดยพวกเขาได้ตรวจสอบความถูกต้องของผลการ จาลองกับข้อมูลจากการทดลอง ซึ่งผลการเปรียบเทียบแสดงให้เห็นถึงความสอดคล้องที่ดี (ความคลาด เคลื่อน ±15%) ในงานวิ จั ย นี้ จึ ง เลื อ กใช้ แ บบจาลอง SST k- โดยพิ จารณาจากข้ อ มู ล การทบทวน วรรณกรรมข้างต้น แม้ว่าการตรวจสอบจะจากัดอยู่เพียงคุณลักษณะการไหลภายนอกของหัวฉีด ละออง (Atomizer) ก็ตาม แบบจาลองนี้ให้ความแม่นยาที่ดีทั้งในบริเวณกระแสการไหลอิ ส ระ (Freestream) และบริเวณใกล้ผนัง โดยการเปิดใช้งานแบบจาลอง k- สาหรับการจัดการบริเวณ ใกล้ผนัง (Near-wall treatment) k equation: 𝜕𝑘 + 𝛻 ⋅ (𝑢𝑘) = 𝑃𝑘 − 𝛽 ∗ 𝑘𝜔 + 𝛻 ⋅ [(𝑣 + 𝜎𝑘 𝑣𝑇 )𝛻𝑘] 𝜕𝑡 (6)  equation: 𝜕𝜔 𝜎𝜔2 + 𝛻 ⋅ (𝑢𝜔) = 𝛿𝑆 2 − 𝛽𝜔2 + 𝛻 ⋅ [(𝑣 + 𝜎𝜔 𝑣𝑇 )𝛻𝜔] + 2(1 − 𝐹1 ) 𝛻𝑘 ⋅ (𝛻𝜔)𝑇 𝜕𝑡 𝜔 (7) 14 บทที่ 3 การออกแบบและพัฒนาหัวฉีด 3.1 เกริ่นนา โครงงานนี้มีเป้าหมายเพื่อออกแบบ และพัฒนาหัวฉีดต้นแบบต่อเนื่องจากงานวิจัยก่อนหน้า โดยศึกษาอิทธิพลของมุมใบกังหัน และขนาดช่องฉีดอากาศที่ส่งผลกับการไหลของอากาศด้วยการ จาลองพลศาสตร์เชิงคานวณ (CFD) ด้วยโปรแกรม Ansys Fluent และตรวจสอบความถูกต้องด้วย การทดลอง โดยใช้ชุดทดสอบสาหรับหัวฉีดแอร์บลาสต์ ซึ่งมีมาตรฐาน ISO 5167-1:2003 การวัดการไหล ของของไหลโดยใช้อุปกรณ์วัดความดันต่าง ซึ่งติดตั้งในท่อหน้าตัดทรงกลมที่มีการไหลเต็มหน้าตัด [19] เพื่อให้ได้ผลการทดลองที่มีความเที่ยงตรง และน่าเชื่อถือ รูปที่ 3.1 หัวฉีดต้นแบบ โดยขั้นตอนการออกแบบและพัฒนา เริ่มจากออกแบบหัวฉีดทีม่ีมุมใบกังหันที่แตกต่างกัน (5°, 10°, 15°, 20°, 25°) และขนาดของช่องอากาศ 5 ขนาด (16, 18, 19, 20, 21 mm) และนามาทาการ ทดสอวัดมุมการกระจายของสเปรย์ ด้วยเทคนิคการประมวลผลภาพ (Image processing) เพื่อให้ ทราบถึงผลกระทบของมุมใบกังหัน และขนาดช่องฉีดอากาศ ที่ส่งผลตต่อมุมการกระจายของสเปรย์ ต่อมาได้ทาการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) ด้วยโปรแกรม ANSYS Fluent เพื่อ ทานายลักษณะการไหลของอากาศ และการกระจายตัวของความเร็ว (Velocity Profile) โดยได้ทา การตรวจสอบความถูกต้องของการจาลองกับ การวัดการกระจายตัวของความเร็ว ด้วย Pitot tube และสรุปผล ดังรูปที่ 3.2 15 Design Air swirler angle (5°, 10°, 15°, 20°, 25°) Air injection port diameter (16, 18, 19, 20, 21 mm) Test Spray angular by Image processing Air velocity profile by Pitot tube Computational Fluid Dynamics Compare Discussion Conclusion รูปที่ 3.2 ขั้นตอนการดาเนินงาน 3.2 การศึกษาการทางานและตรวจสอบการทางานของชุดทดสอบ เนื่องจากงานโครงงานนี้เป็นการการออกแบบหัวฉีดแอร์บลาสต์และการวัดหาคุณลักษณะ สเปรย์ ซึ่งในขั้นตอนแรกของการดาเนินงานจะต้องมีการศึกษางานวิจัยก่อนหน้าและกระบวนการ ทางานของชุดทดสอบที่ได้รับมา 16 3.2.1 Process Flow Diagram ของชุดทดสอบหัวฉีด ในการศึกษา Process Flow Diagram จากงานวิจัยก่อนหน้า [8] โดยลักษณะการทางาน ของชุดทดสอบ จะมีการแยกระบบน้าและอากาศออกจากกันอย่างอิสระเพื่อให้ง่าย ต่อการควบคุม การทางานของระบบ และจะมีการติดตั้งอุปกรณ์วัดอัตราการไหลของน้าและอากาศที่ สามารถวัดได้ ณ เวลาขณะนั้น สามารถวัดความดันบริเวณ Blower และ Reducer ได้ ซึ่งค่าที่วัดได้จากชุดทดสอบ จะมีผลต่อคุณสมบัติของสเปรย์ ดังรูปที่ 3.3 รูปที่ 3.3 Process Flow Diagram ของชุดทดสอบหัวฉีด [8] จากรูปที่ 3.3 Process Flow Diagram ของชุดทดสอบหัวฉีดซึ่งมีหลักการทางานโดยมีการ แยกระบบต่าง ๆ ออกจากกันอย่างอิสระซึ่งสามารถแบ่งออกเป็น 2 ระบบ ได้แก่ 1) ระบบอากาศ จะ ใช้ Blower ที่สามารถปรับระดับความเร็วรอบของมอเตอร์ได้ซึ่งจะใช้ในการดูดอากาศจากภายนอก เข้ามาอัด ตัวภายใน Case blower จากนั้นอากาศจะไหลผ่าน Air flow meter หรือ Flow nozzle ซึ่งจะทาหน้าที่ ในวัดอัตราการไหลของอากาศในรู ปแบบของความดั นแตกต่างกั น (pressure difference) บริเวณทางเข้า และทางออกของ Flow nozzle จากนั้นอากาศจะถูกบังคับให้ไหลไปยัง ห้องผสม (Reducer) ผ่านหัวฉีด (Fogging sprayer nozzles) ที่บริเวณทางออกจาก Case blower และห้องผสม (Reducer) จะมีการ ติดตั้งเซนเซอร์วัดความดัน (Pressure sensor) เพื่อวัดความดัน ตรงตาแหน่งนั้น และ 2) ระบบน้า จะมีถังความดัน (Air compressor) ต่อเข้าไปยังถังบรรจุน้า (tank) ที่จะถูกควบคุมความดันด้วย Pressure regulator จากนั้นความดันที่เกิดจากการอัดตัวของ อากาศจะดันให้น้าไหลผ่านฺ Ball valve ทาหน้าที่เปิด-ปิดทางออกของน้าและ Flow control valve ที่ทาหน้าที่คอยควบคุมอัตราการไหลไปยัง Water flow meter ที่ทาหน้าที่วัดอัดตราการไหลของน้า จากนั้นน้าจะถูกฉีดผ่านหัวฉีดขวางการไหลของอากาศในแกน ตั้งฉาก เมื่อมีการลดพื้นที่การไหลของ 17 อากาศและมุมของใบพัดทาให้อากาศมีการหมุนวนด้วยความเร็วที่สูงมาก จึงส่งผลให้อากาศตัดเฉือ น น้าที่ไหลตั้งฉากแล้วเกิดการแตกตัวของน้าเป็นหยดละอองฝอยขนาดเล็ก 3.2.2 การตรวจสอบความถูกต้องของเครื่องวัดอัตราการไหลของน้า ในการประเมินประสิทธิภาพของชุดทดสอบ จาเป็นต้องพิจารณาค่าความดัน การไหลของน้า เนื่องจากปัจจัยเหล่านี้มีผลโดยตรงต่อกลไกการทางานของหัวพ่น การวัดอัตราการไหลของน้าจึงเป็น ขั้นตอนสาคัญที่ต้องดาเนินการก่อนที่น้าจะเข้าสู่ห้องผสม สาหรับการตรวจวัดอัตราการไหลของน้า งานวิจัยนี้ใช้เครื่องวัดรุ่น DigiFlow 6710M ซึ่ง สามารถตรวจวัดได้ในช่ว ง 0.05 – 1 L/min ทั้งนี้ เพื่อให้มั่นใจในความถูกต้องของข้อมูล ที่ได้ จาเป็นต้องมีการสอบเทียบและตรวจสอบความเที่ยงตรงของเครื่องมือก่อนนาไปใช้งานจริง โดยอ้างอิง ตามหลักการและมาตรฐานการสอบเทียบที่เกี่ยวข้อง สามารถหาอัตราการไหลได้จากการตวงน้าและจับเวลา ได้จากสมการ (1) และจากนั้นจะ สามารถหาความคลาดเคลื่อน (Error) ได้จากสมการ %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = |𝑄คานวณ−𝑄เครื่องวัด| 𝑄คานวณ × 100 อุปกรณ์ที่ใช้ประกอบด้วย 1. เครื่องวัดอัตราการไหลรุ่น DigiFlow 6710M 2. ถ้วยตวงขนาด 250 mL 3. นาฬิกาจับเวลา ขั้นตอนการตรวจสอบ 1. เปิดน้าให มีอัตราการไหลให้ได้ค่าที่ต้องการโดยดูผ่านหน้าจอแสดงผล 2. ทางออกของน้าเอาถ้วยตวงมาตวงไวจับเวลาตั้งแต่เริ่มตวง จนกระทั่งตวงน้าได้ 50 mL 3. จากนั้นบันทึกค่าลงในตาราง 18 (8) ตารางที่ 3.1 ค่าอัตราการไหลที่วัดได้และจากการคานวณ อัตราการไหลจาก ปริมาตรน้าใน เวลา อัตราการไหลจากการ เครื่องวัด การตวง (s) คานวณ (L/min) (mL) (L/min) 0.05 50 50.35 0.059645 0.1 50 27.69 0.10838 0.15 50 19.65 0.152694 0.2 50 14.46 0.207619 0.25 50 11.72 0.256226 0.3 50 9.77 0.306991 0.35 50 8.65 0.346834 0.4 50 7.62 0.39372 0.45 50 6.80 0.441047 0.5 50 6.30 0.476297 0.6 50 5.00 0.600641 0.7 50 4.59 0.654081 0.8 50 3.87 0.775239 0.9 50 3.47 0.865663 1 50 2.94 1.021804 Error (%) 16.17 7.73 1.76 3.67 2.43 2.28 0.91 1.59 2.03 4.98 0.11 7.02 3.19 3.97 2.13 เครื่องมือวัดที่จะสามารถนามาใช้งานได้นั้น มีค่าความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 5% จากค่าจริง ผลการตรวจสอบเครื่องวัดอัตราการไหลพบว่า เครื่องวัดอัตราการไหลรุ่น DigiFlow 6710M มีค่า ความคลาดเคลื่อนเฉลี่ยอยู่ที่ 3.95% ซึ่งอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ จึงสามารถนามาใช้งานในการทดลอง ได้อย่างเหมาะสม 3.2.3 การตรวจสอบความถูกต้องของเครื่องวัดอัตราการไหลของอากาศ จากการตรวจสอบเครื่องวัดอัตราการไหลของอากาศในชุดทดลอง พบว่าเซนเซอร์วัดอัตรา การไหลที่ติดตั้งไว้ที่ทางเข้าและทางออกของ Flow nozzle ไม่สามารถใช้งานได้อย่างถูกต้อง จึง ปรับเปลี่ยนวิธีการวัดมาใช้ มานอมิเตอร์ (U-tube manometer) แทน การหาอัตราการไหลของ อากาศจากมอนอมิเตอร์ สามารถหาได้จากสมการ (3) 19 รูปที่ 3.4 การวัดอัตราการไหลจากมานอมิเตอร์ และดาเนินการตรวจสอบความถูกต้องของค่าที่ได้ด้วย Pitot tube เพื่อใช้อ้างอิง ในการ ประเมินความถูกต้องของอัตราการไหลอากาศจาก Flow nozzle โดยมีขั้นตอนการวัดเทียบอัตราการ ไหลของน้า ดังนี้ รูปที่ 3.5 การวัดอัตราการไหลจาก Pitot tube 20 อุปกรณ์ที่ใช้ประกอบด้วย 1. มานอมิเตอร์ (U-tube manometer) 2. Pitot tube 3. ชุดทดสอบหัวฉีด ขั้นตอนการตรวสอบ 1. ทาการถอดหัว Reducer ปลายของชุดทดสอบออกออก 2. ติดตั้ง Pitot tube ไว้ที่ปลายของชุดทดสอบและให้อยู่ตรงกลางของท่อ ดังรูปที่ 3.5 3. ติดตั้งมานอมิเตอร์ที่ทางเข้าและทางออกของ Flow nozzle ดังรูปที่ 3.4 เพื่อวัดความต่าง ของความดันและนาไปคานวนหาค่าอัตราการไหล 4. เปิดใช้งาน Blower ที่ 3 ระดับแรงดันไฟเลี้ยงมอเตอร์ คือ 50 V, 100 V, และ 200 V เพื่อ เก็บผลการวัดสาหรับทั้งสามสภาวะการทางาน แล้วบันทึกผล 5. ในการวัดอัตราการไหลด้วย Pitot tube ให้ทาการ เลื่อนตาแหน่ง ไปทางซ้ายและทางขวา จากกึ่งกลางท่อ โดยกาหนดให้ตาแหน่งกึ่งกลางเป็นระยะที่ 0 mm แล้วเลื่อนไปทางซ้ายและขวา ด้าน ละ 30 mm และ บันทึกค่าทุกระยะ 5 mm แล้วทาการนาค่ามาเฉลี่ย 6. ทาการทดสอบทั้งหมด 2 ครั้ง แล้วนาผลที่ได้มาเฉลี่ย จากนั้นทาการเปรียบเทียบค่าที่ได้ จากมานอมิเตอร์และ Pitot tube ตารางที่ 3.2 ผลการวัดอัตราการไหลด้วยมานอมิเตอร์ (U-tube manometer) ระดับแรงดันไฟ (V) ∆H (cm) อัตราการไหล (m3/s) 50 9.2 0.020546 100 24.2 0.033323 200 42.8 0.044316 ตารางที่ 3.3 ผลการวัดอัตราการไหลด้วย Pitot tube ระดับแรงดันไฟ (V) V (m/s) 50 6.10 100 10.65 200 14.28 21 อัตราการไหล (m3/s) 0.019624 0.034256 0.045932 ตารางที่ 3.4 ผลการเปรียบเทียบอัตราการไหลจากมานอมิเตอร์และ Pitot tube ระดับแรงดันไฟ อัตราการไหลจาก อัตราการไหลจาก (V) มานอมิเตอร์ Pitot tube (m3/s) (m3/s) 50 0.020546 0.019624 100 0.033323 0.034256 200 0.044316 0.045932 Error (%) 4.49 2.80 3.65 ในการตรวจสอบโดยเปรียบเทียบอัตราการไหลที่คานวณจากมานอมิเตอร์ กับค่าที่ได้จาก Pitot tube มีค่าความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 5% ผลการตรวจสอบอัตราการไหลที่คานวณจากมานอ มิเตอร์ มีค่าความคลาดเคลื่อนเฉลี่ยอยู่ที่ 3.95% ซึ่งอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ จึงสามารถนามาใช้งานใน การทดลองได้อย่างเหมาะสม 3.3 การสร้างและการพัฒนาหัวฉีดต้นแบบ 3.3.1 การพัฒนาหัวฉีดต้นแบบ ในการออกแบบหัวฉีดตัวต้นแบบ [2] จากงานวิจัยก่อนหน้านี้จะอาศัยหลักการทางานของ หัวฉีดชนิด Air-Blast Atomizer ซึ่งเป็นชนิดหัวฉีดที่ใช้ลาอากาศความเร็วสูงเพื่อให้น้าแตกตัวเป็นฝอย ละออง โดยตัวแปรหลักที่ได้ ออกแบบไว้มี รูน้าที่ทางออก (จานวน 3 รู และเป็นชนิด Conical sheet injection) ใบกังหันมีจานวน 8 ใบทามุม 10, 15, 20 องศากับแกนตั้ง และกาออกแบบตัวต้นแบบนี้ ได้ทาการบังคับการไหลของอากาศให้อากาศไหลเฉือนกับน้า ทามุม 90 องศา ที่ทางออก ดังรูปที่ 3.3 โดยในการออกแบบและพัฒนาหัวฉีดในโครงงานนี้ จะทาการศึกษาหัวฉีดที่มีมุมใบกัง 5 องศา และ 25 องศา เข้ามาในการทดสอบ นอกจากนี้จะมีการพัฒนาเพิ่มเติม เช่น การศึกษาขนาดช่องฉีด อากาศ (16, 18, 19, 20, 21 mm) 3.3.2 การสร้างหัวฉีดต้นแบบ เมื่อได้ทาการออกแบบหัวฉีดต้นแบบมุมใบกังหัน (5°, 10°, 15°, 20°, 25°) และหัวฉีดต้นแบบ ขนาดช่องฉีดอากาศ (16, 18, 19, 20, 21 mm) จะนาแบบนั้นมาสร้างโดยเครื่อง 3D Printer 22 รูปที่ 3.6 หัวฉีด Air-Blast มุมใบกังหัน (5°,25°) รูปที่ 3.7 หัวฉีด Air-Blast ขนาดช่องฉีดอากาศ (16, 18, 19, 20, 21 mm) 3.4 การวัดมุมการกระจายของสเปรย์ (Spray Angle) ในหัว ฉีดสเปรย์ มุมการกระจายของสเปรย์ (Spray Angle) เป็นพารามิเตอร์ที่สาคั ญ เนื่องจากมีผลโดยตรงต่อพื้นที่การพ่นและการกระจายตัวของละอองน้า การวัดมุมสเปรย์อย่างแม่นยา จึงมีความจาเป็นต่อการประเมินประสิทธิภาพของหัวฉีด เพื่อให้ได้ค่าที่ถูกต้องและรวดเร็ว จึงมีการนา เทคนิค การประมวลผลภาพ (Image Processing) เข้ามาช่วยในการวิเคราะห์รูปแบบของสเปรย์ โดย ในงานวิจัยนี้ได้ใช้กล้อง Digital SLR รุ่น Nikon สาหรับบันทึกภาพสเปรย์ขณะพ่น จากนั้นนา ภาพที่ได้มาผ่านกระบวนการประมวลผลด้วยโปรแกรม ImageJ เพื่อหาค่ามุมการกระจายของสเปรย์ อย่างแม่นยาและสะดวกต่อการวิเคราะห์ผล 23 3.4.1 กล้องถ่ายภาพ ในการทดสอบวัดมุมสเปรย์จะใช้กล้อง DSLR Nikon D7200 ในการถ่ายภาพสเปรย์ โดยมี การเลือกตาแหน่งการวางกล้องไว้ให้อยู่ในระนาบเดี๋ยวกับหัวฉีด ซึ่งถ่ายในห้องทดลองที่แสงน้อยถึงมืด แล้วใช้โคมไฟฉายเข้าหาสเปรย์ โดยตัวแปรที่มีผลกับกล้องทาง Optics [20] จะมีดังนี้ 1. Aperture (รูรับแสง) หมายถึง ขนาดของช่องที่แสงจะวิ่งผ่านจากเลนส์ไปยั งเซ็นเซอร์ของ กล้อง ควบคุมได้ด้วยวงแหวนปรับรูรับแสงของเลนส์ นอกจากนี้รูรับแสงยังใช้กาหนดระยะความคมชัด ของโฟกัสได้ด้วยนะ มีผลต่อการละลายฉากหลังอีกด้วย 2.ความเร็วชัตเตอร์ (Shutter Speed) หมายถึง ระยะเวลาที่แสงวิ่งเข้าไปบรรจุสู่เซ็นเซอร์รับ ภาพดิจิตอลแล้วม่านชัตเตอร์ปิดตัวลงพอดี ในโหมดแมนนวลของกล้องดิจิตอล หรื อ โหมด Shutter Priority กล้องจะอนุญาตให้เราปรับค่านี้ได้อย่างอิสระ 3.ความไวแสง (ISO) หมายถึง ความอ่อนไหวต่อการสัมผัสแสงของเซ็นเซอร์รับภาพดิจิตอลถ้า มีค่าความไวแสงมากเซ็นเซอร์จะถูกกระตุ้นให้รับแสงแล้วประมวลผลออกมาเป็นภาพได้เร็ว แต่ถ้าค่า ความไวน้อยเซ็นเซอร์ก็จะใช้เวลามากกว่าปกติ ตารางที่ 3.5 แสดงผลการเปรียบเทียบตัวแปรที่ส่งผลต่อภาพสเปรย์ #iter Aperture(f) Iso Speed Shutter 1 2 3 5.3 100 10 100 15 100 20 24 Result ตารางที่ 3.5 แสดงผลการเปรียบเทียบตัวแปรที่ส่งผลต่อภาพสเปรย์ (เพิ่มเติม) #iter Aperture(f) Iso Speed Result Shutter 4 250 10 5 250 15 6 250 20 7 500 10 8 500 10 9 500 20 5.3 25 สรุปผล พบว่าที่ ISO มากกว่า 100 จะเกิด noise สูงกว่า ส่งผลให้การนาภาพไปใช้ทา Image Processing ไม่ได้ประสิทธิภาพ จากนั้นมองในขอบเขตของ ISO 100 พบว่าที่ Speed Shutter 15 seconds ภาพที่ออกมามีความคมชัดมากที่สุด จึงได้เลือกการตั้งค่ากล้องนี้มาเป็นค่าในการถ่ายภาพ 3.4.2 ImageJ ImageJ เป็นโปรแกรมประมวลผลและวิเคราะห์ภาพแบบโอเพ่นซอร์ส (public domain) สามารถแก้ไข วิเคราะห์ และประมวลผลภาพได้หลากหลาย เช่น การวัดพื้นที่ ระยะทาง มุม การ คานวณค่าสถิติของพิกเซล การสร้างกราฟ และการปรับปรุงคุณภาพภาพ [21] 1. เปิดไฟล์รูปภาพที่ต้องการวัดมุมสเปรย์ แปลงรูปภาพเป็น Gray Scale จากนั้นทา Normalization เพื่อทาให้เป็นภาพขาวดา ดังรูปที่ 3.8 Gray Scale Normalization รูปที่ 3.8 Gray Scale และ Normalization 2. ทาการ Set Scale เพื่อหาระยะจริงของรูปภาพ โดยจะใช้ระยะในการหามุมจากจุดตัดของ สเปรย์ที่ส่วนบนและส่วนล่างของจุดตัดยาว 3 เซนติเมตร เนื่องจากหัวฉีดที่ออกแบบมา มีมุม Swirler ในช่องทางไหลของอากาศและมุมทางออกของอากาศมีทิศทางเฉียงเข้าหาแกนของสเปรย์ ลักษณะ การไหลของอากาศจึงเป็นแบบเกลียวไหลวนพุ่งเข้าแกนกลาง 3.เมื่อได้ตาแหน่งที่ใช้วัดมุมของเปรย์ ทาการลากเส้นตรงตั้งฉากกับเส้นความยาว 3 เซนติเมตร โดยลากจนถึงขอบของสเปรย์ทั้งด้านบนและด้านล่าง 4.ใช้สูตร Arctan เพื่อหามุมของสเปรย์ จะได้มุมด้านบนและด้านล่างของภาพ ดังรูปที่ 3.9 26 รูปที่ 3.9 การวัดหามุมของสเปรย์ 3.5 การจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (Computational Fluid Dynamics) การศึกษานี้ดาเนินการเพื่อวิเคราะห์อิทธิพลของมุม ใบกังหัน (Air swirler angle) และขนาด ของช่องฉีดอากาศ (Air injection port diameter) ที่ส่งผลต่อคุณลักษณะของสเปรย์ โดยใช้การ จาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (Computational Fluid Dynamics: CFD) ด้วยโปรแกรม ANSYS Fluent โดยในงานวิจัยนี้ได้ทาการจาลองเพื่อดูการไหลของอากาศเพียงอย่างเดียว (Singlephase) เนื่องจากของเหลวส่งผลกระทบต่อสเปรย์น้อยมากเมื่อเทียบกับการไหลของอากาศ และ พิจารณาการไหลในสภาวะคงตัว (Steady-state) เพื่อศึกษาพฤติกรรมการไหล การกระจายความเร็ว ขั้นตอนแรกในการจาลองเริ่มด้วยการสร้างแบบจาลองหัวฉีดแอร์บลาสต์ด้วยโปรแกรม SolidWorks โดยมีขนาดของมุมใบกังหันเท่ากับ 5 ,10 ,15 ,20 และ 25 องศา ตามลาดับ ขนาดของ ช่องฉีดอากาศ โดยเส้นผ่านศูนย์กลางภายในมีค่าอยู่ที่ 9.8 มิลลิเมตร เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกมีค่า เท่ากับ 16 ,18 ,19 ,20 และ21 มิลลิเมตร ตามลาดับ ดังรูปที่ 3.11 รูปที่ 3.10 รูปแสดงหัวฉีดมุมใบกังหัน 10 องศา 27 รูปที่ 3.11 รูปแสดงช่องการไหลของอากาศและน้าภายในหัวฉีดต้นแบบ จากนั้นทาการสร้างโดเมนของของไหล (Fluid Domain) เพื่อครอบคลุมบริเวณหัวฉีดและ พื้ น ที่ ด้า นปลาย (Downstream region) ของการไหล โดยโดเมนของของไหลมี ลั ก ษณะเป็ น ทรงกระบอก มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 เมตร และความยาว 1 เมตร ดังแสดงในรูปที่ 3.11 เมื่อได้แบบจาลองสมบูร ณ์แล้ว จึงทาการส่งออกไฟล์ในรูปแบบ .X_T เพื่อนาเข้า ไปยัง โปรแกรม ANSYS – fluent สาหรับสร้างเมช (Meshing) และกาหนดเงื่อนไขขอบเขต (Boundary conditions) โดยกาหนดขอบเขตทางเข้าเป็น Inlet ขอบเขตผิวหัวฉีดเป็น Wall Inlet ผิวด้านข้างของ โดเมนเป็น Wall Cylinder และขอบเขตทางออกเป็น Outlet รูปที่ 3.12 รูปแสดงตัวอย่างของ Fluid domain ในขั้นตอนถัดไปจะเป็นการทา meshing โดยจะทาการเลือก meshing ที่ Fluid domain และหัวฉีด ในรูปแบบ 3 มิติ ชนิด Tetrahedral ลักษณะของเมชจะเป็นแบบ Inflation จะให้บริเวณ หัวฉีดซึ่งต้องการความละเอียดสูงมีเมชเป็นชนิด Hexahedral และตัว Fluid domain ยังคงเป็นเมช แบบ Tetrahedral เนื่องจากเมชบริเวณหัวฉีด และภายในหัวฉีด ส่งผลกระทบต่อค่า velocity ที่ ต้องการจากการจาลอง 28 รูปที่ 3.13 แสดง meshing ที่บริเวณหัวฉีด และFluid domain ต่อมาในขั้น ตอนการ Set up จะเริ่มจากปรับ mesh เป็น Polyhedral และใช้ส มการ พลังงาน (Energy Equation) และ Viscous mode เป็น Standard k-omega เพื่อเพิ่มขอบเขต การคานวณหากเกิ ด Compressible flow (ตรวจสอบจาก Mach number) จากนั้ น ตั้ งค่า Boundary conditions ตามตารางตารางที่ 3.6 ขอบเขตและคุณสมบัติของ Fluid [22] รูปที่ 3.14 โครงข่ายเมชของแบบจาลองหัวฉีดแอร์บลาสต์ ตารางที่ 3.6 ขอบเขต และคุณสมบัติของ Fluid domain Boundary conditions of fluid Inlet Mass Flow Rate 0.01287 kg/s Inlet Temperature 323 K Wall Temperature 300 K 29 ตารางที่ 3.7 คุณสมบัติของ Fluid domain Properties of Fluid (50 oC) Density 1.0925 kg/m3 Specific Heat (Cp) 1007 J / (kg ∙ K) Viscosity 1.789 × 10-5 kg / (m ∙ K) Thermal Conductivity 0.0279 W / (m ∙ K) 3.5.1 การศึกษาผลกระทบของเมช (Mesh analysis) ในการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ จะทราบได้ว่าการจาลองมีความแม่นยามากน้อย เพียงใด จะต้องทาการทดสอบอิทธิพลของขนาดเมชเพื่อให้ได้ขนาดเมชที่เหมาะสมข้อมูลมีค่าใกล้เคียง กันมากที่สุด หลังจากการทดสอบเมชและได้ขอบเขตที่เหมาะสมแล้วจะนาไปเปรียบเทียบกับการ ทดสอบวัดความเร็วแบบ Single–phase ที่วัดด้วย Pitot–tube โดยชุดทดสอบ Fogging Sprayer ในงานวิจัยนี้ได้ทาการทดสอบอิทธิพลของเมช (Mesh analysis) โดยแบ่งเป็นทั้งหมด 6 กรณีที่แตกต่างกัน ดังตารางที่ 3.8 ตารางที่ 3.8 การศึกษาอิทธิพลของขนาดเมช (Grid Independent) Data Case Node Element 1 26,066 87,771 2 64,889 227,463 3 100,759 414,735 4 139,020 621,093 5 175,954 822,470 6 202,656 969,663 Average skewness 0.30765 0.28739 0.25876 0.24561 0.23871 0.23454 โดยค่า Average skewness จะบ่งบอกถึงคุณภาพของเมชว่ามีความแม่นยา และเสถียรภาพ เพียงพอหรือไม่ ซึ่งจะเลือกกรณีที่มีค่า Average น้อยที่สุดและมีค่าใกล้เคียงกันมาใช้เป็นขอบเขตใน การจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณต่อไป 30 3.5.2 การกาหนดขอบเขตและเงื่อนไข (Boundary condition) ในการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ การกาหนด Boundary conditions ของตัว Fluid domain มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อกาหนดพฤติกรรมของของไหลที่ขอบเขตการคานวณให้ สอดคล้องกับสภาวะจริง และการจาลองทุกครั้งไปในทิศทางเดียวกัน ดังตาราง 3.9 ตารางที่ 3.9 Boundary condition ของ Fluid domain Zone Inlet Wall inlet Wall cylinder Outlet Type Mass Flow Inlet Pressure outlet Pressure outlet Pressure outlet 3.6 การวัดหาการกระจายตัวของความเร็ว (Velocity Profile) ในการทดลองวัดหาการกระจายตัวความเร็ว ของหัวฉีดต้นแบบ ด้วย Pitot tube จะทาการ วัดการไหลของอากาศเพียงอย่างเดียว (Single Phase) เพื่อศึกษาอิทธิพลที่ส่งผลกับการกระจายตัว ของความเร็ว ได้แก่ อิทธิพลของมุมใบกัง ขนาดช่องฉีดอากาศ อัตราการไหลของอากาศ และการไหล ของอากาศและน้า (Two Phases) จะทาการวัดที่หน้าตัดของสเปรย์ 3 จุด คือ z = 0.1, 0.3, 0.5 เมตร รูปที่ 3.15 การติดตั้ง Pitot tube สาหรับวัดการกระจายตัวของความเร็ว 31 บทที่ 4 ผลการวิจัย ในบทนี้จะกล่าวถึงผลการดาเนินงานของโครงการวิจัยการออกแบบหัวฉีดแอร์บลาสต์และ การวัดหาคุณลักษณะสเปรย์ โดยแบ่งโครงการออกเป็น 3 ส่วนหลัก ได้แก่ 1) ผลการออกแบบหัวฉีด แอร์บลาสต์ 2) ผลที่ได้จากการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) 3) ผลการทดลอง 4.1 ผลการออกแบบหัวฉีดแอร์บลาสต์ (Design) จากการศึกษาอิทธิพลของการออกแบบหัวฉีดที่ส่งผลต่อสเปรย์ ซึ่งพบว่าแบบภายในหัวฉีดที่ มีผลกระทบต่อสเปรย์มากที่สุด ได้แก่ มุมใบกังหัน (Air swirler angle) และขนาดช่องฉีดอากาศ (Air injection port diameter) โดยได้ทาการออกแบบ และสร้างหัวฉีดแอร์บลาสต์ด้วยเครื่องพิมพ์สาม มิติ (3D Printing) แบบ SLA ซึ่งความละเอียดสูงเหมาะกับงานประเภทหัวฉีด มีวัสดุที่ใช้เป็น Resin ดังรูปที่ 4.1 รูปที่ 4.1 ผลการออกแบบหัวฉีดแอร์บลาสต์ โดยสามารถออกแบบหัวฉีดแอร์บลาสต์ได้เป็น 2 แบบ ตามอิทธิพลของการออกแบบภายใน หัวฉีดที่ส่งผลต่อสเปรย์ตามตารางที่ 4.1 และตารางที่ 4.2 ตารางที่ 4.1 โมเดลของหัวฉีดแอร์บลาสต์ที่เปลี่ยนแปลงมุมใบกังหัน Model Swirler angle (deg.) Air injection port diameters (mm.) S5 5 18 S10 10 18 S15 15 18 S20 20 18 S25 25 18 32 ตารางที่ 4.2 โมเดลของหัวฉีดแอร์บลาสต์ที่เปลี่ยนแปลงขนาดช่องฉีดอากาศ Model Swirler angle (deg.) Air injection port diameters (mm.) D16 10 16 D18 10 18 D19 10 19 D20 10 20 D21 10 21 รูปที่ 4.2 หัวฉีดแอร์บลาสต์ที่สร้างด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติ 4.2 ผลการวัดมุมการกระจายของสเปรย์ (Spray Angle) ในการทดสอบการวัดมุมการกระจายของสเปรย์ พบว่าตัวแปรหลักที่มีผลต่อค่ามุมของสเปรย์ ได้แก่ มุมใบกังหัน ขนาดช่องฉีดอากาศ อัตราการไหลของน้า อัตราการไหลของอากาศ และอัตราส่วน ของอากาศกับน้า ซึ่งตัวแปรเหล่านี้มีความสัมพันธ์โดยตรงต่อรูปแบบและขนาดของมุมสเปรย์ที่เกิดขึ้น เพื่อศึกษาผลกระทบของแต่ละตัวแปรต่อมุมการกระจายของสเปรย์ จึงได้ทาการออกแบบการทดลอง ในลักษณะ Fix & Vary Parameter โดยกาหนดให้คงค่าพารามิเตอร์หนึ่งไว้คงที่ และปรับเปลี่ยนอีก พารามิเตอร์หนึ่ง เพื่อวิเคราะห์แนวโน้มการเปลี่ยนแปลงของมุมสเปรย์ภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน ซึ่ง ช่วยให้สามารถระบุได้อย่างชัดเจนว่าการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรมีผลมากน้อยเพียงใดต่อมุมการ กระจายของสเปรย์ 33 ตารางที่ 4.3 แสดงผลการเปรียบเทียบระหว่างมุมใบกังหันกับมุมของสเปรย์ อัตราการไหล อัตราการ Models ของอากาศ ไหลของน้า Ratio S5 S10 S15 S20 S25 (kg/s) (kg/s) 0.01969 0.0083 2.4 17.805° 24.974° 27.877° 35.601° 40.744° รูปที่ 4.3 กราฟแสดงผลการเปรียบเทียบระหว่างมุมใบกังหันกับมุมของสเปรย์ ตารางที่ 4.4 แสดงผลการเปรียบเทียบระหว่างขนาดช่องฉีดอากาศกับมุมของสเปรย์ อัตราการไหล อัตราการ Models ของอากาศ ไหลของน้า Ratio D16 D18 D19 D20 D21 (kg/s) (kg/s) 0.01969 0.0083 2.4 26.261° 26.597° 26.630° 27.352° 27.533° รูปที่ 4.4 กราฟแสดงผลการเปรียบเทียบระหว่างขนาดช่องฉีดอากาศกับมุมของสเปรย์ 34 ตารางที่ 4.5 แสดงผลการเปรียบเทียบระหว่างอัตราการไหลของอากาศกับมุมของสเปรย์ Model อัตราการไหลของอากาศ อัตราการไหลของน้า Ratio (kg/s) (kg/s) S10 0.01287 1.6 31.623° 0.01661 2.0 26.620° 0.01969 0.0083 2.4 23.895° 0.02233 2.7 23.532° 0.02475 3.0 22.986° รูปที่ 4.5 กราฟแสดงผลการเปรียบเทียบระหว่างอัตราการไหลของอากาศกับมุมของสเปรย์ ตารางที่ 4.6 แสดงผลการเปรียบเทียบระหว่างอัตราการไหลของน้ากับมุมของสเปรย์ อัตราการไหลของ Model อัตราการไหลของน้า อากาศ Ratio (kg/s) S10 (kg/s) 0.0033 6.0 30.752° 0.0067 2.9 29.148° 0.01969 0.0083 2.4 24.448° 0.0117 1.7 21.508° 0.0167 1.2 21.146° 35 รูปที่ 4.6 กราฟแสดงผลการเปรียบเทียบระหว่างอัตราการไหลของน้ากับมุมของสเปรย์ ตารางที่ 4.7 แสดงผลการเปรียบเทียบระหว่างอัตราส่วนการไหลของอากาศต่อน้ากับมุมของสเปรย์ Model อัตราการไหลของอากาศ อัตราการไหลของน้า Case Ratio (kg/s) (kg/s) S10 1 0.01287 0.00644 24.268 2 0.01661 0.00831 24.450 3 0.01969 0.00985 24.266 2 4 0.02233 0.01117 24.083 5 0.02475 0.01238 24.446 รูปที่ 4.7 กราฟแสดงผลการเปรียบเทียบระหว่างอัตราส่วนการไหลของอากาศต่อน้ากับมุมของสเปรย์ 36 จากการทดลองศึกษาตัวแปรที่มีผลกับ มุมของสเปรย์ พบว่าการปรับมุมใบกังหัน (5°, 10°, 15°, 20°, 25°) ทาให้มุมสเปรย์เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน แสดงถึงการกระจายตัวที่กว้างขึ้น ของมุมสเปรย์ ขณะที่การเพิ่มขนาดช่ องฉีด อากาศ (Do = 16, 18, 19, 20, 21mm) แทบจะไม่ส่งผลกับ การ เปลี่ยนแปลงมุมของสเปรย์ ในส่วนของอัตราการไหลของอากาศและอัตราการไหลของน้า พบว่าเมื่อ เพิ่มอัตราการไหลของอากาศและอัตราการไหลของน้า มุมของสเปรย์มีแนวโน้มลดลง ในส่วนสุดท้าย เมื่อควบคุมอัตราส่วนการไหลของอากาศต่อน้า (Ratio = 2) พบว่ามุมของสเปรย์มีค่าใกล้เคียงกันทุก กรณี แสดงให้เห็นว่าอัตราส่วนการไหลเป็นปัจจัยสาคัญที่ช่วยรักษาเสถียรภาพของมุมสเปรย์ 4.3 ผลที่ได้จากการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) ในส่วนนี้เป็นการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ โดยทาการจาลองผ่านโปรแกรม ANSYS – Fluent เพื่อศึกษาอิทธิพลของการออกแบบใหม่ได้แก่ มุมใบกังหัน (Swirler angle) และ ขนาดช่องฉีดอากาศ (Dimension of air injection port) ที่ส่งผลกระทบต่อคุณลักษณะของสเปรย์ จากผลการวัดความเร็วตลอดหน้าตัดของการไหลอากาศแบบ Single phase 4.3.1 ผลการจาลองเพื่อศึกษาอิทธิพลของเมช (Mesh analysis) การทา mesh analysis เป็นวิธีการตรวจสอบความถูกต้องของการจาลองที่สาคัญ โดยจะทา การทดสอบเพื่อศึกษาอิทธิพลของเมชที่ส่งผลกระทบต่อความเร็วตลอดหน้าตัดของหัวฉีดแอร์บลาสต์ โดยจะมีการกาหนดขนาดเมชให้แตกต่างกัน 5 กรณี ซึ่งจะแสดงผลการเมช 5 กรณีของแต่ละบริเวณที่ สาคัญต่อการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณดังตารางต่อไปนี้ ตารางที่ 4.8 แสดงผลการทาเมชที่บริเวณ Fluid domain Case 1 (87,771 Number of elements) 2 (227,463 Number of elements) 37 Mesh ตารางที่ 4.8 แสดงผลการทาเมชที่บริเวณ Fluid domain (เพิ่มเติม) Case Mesh 3 (414,735 Number of elements) 4 (621,093 Number of elements) 5 (822,470 Number of elements) 6 (969,663 Number of elements) 38 ตารางที่ 4.9 แสดงผลการทาเมชที่บริเวณทางเข้าของหัวฉีด Case 1 (87,771 Number of elements) 2 (227,463 Number of elements) 3 (414,735 Number of elements) 4 (621,093 Number of elements) 5 (822,470 Number of elements) 39 Mesh ตารางที่ 4.9 แสดงผลการทาเมชที่บริเวณทางเข้าของหัวฉีด (เพิ่มเติม) 6 (969,663 Number of elements) ตารางที่ 4.10 แสดงผลการทาเมชที่บริเวณภายในหัวฉีด Case 1 (87,771 Number of elements) 2 (227,463 Number of elements) 3 (414,735 Number of elements) 4 (621,093 Number of elements) 40 Mesh ตารางที่ 4.10 แสดงผลการทาเมชที่บริเวณภายในหัวฉีด (เพิ่มเติม) 5 (822,470 Number of elements) 6 (969,663 Number of elements) จากผลการจาลองพบว่า เมื่อเพิ่มจานวน elements จากกรณีที่ 1 (87,771 elements) ถึง กรณีที่ 3 (414,735 elements) ค่าความละเอียดของเมชมีการเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด แสดงให้เห็นว่า ความละเอียดของเมชในช่วงดังกล่าวยังไม่เพียงพอที่จะอธิบายพฤติกรรมการไหลได้อย่างถูกต้อง โดยเฉพาะบริเวณทางเข้าของหัวฉีดและบริเวณภายในหัวฉีดซึ่งมีผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลง ทิศทาง และความเร็วของการไหลสูง ดังนั้นจึงต้องการค่าเมชที่มีความละเอียดสูงกว่านี้ แต่อย่างไรก็ตาม เมื่อจานวน elements เพิ่มขึ้นตั้งแต่กรณีที่ 3 (414,735 elements) ไป จนถึงกรณีที่ 5 (822,470 elements) พบว่าค่าความเร็วของการไหล และAverage skewness มีการ เปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย ซึ่งแสดงให้เห็นว่าผลจากการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณไม่ขึ้นกับ ขนาดของเมช ดังตารางที่ 3.8 เมื่อพิจารณาร่วมกับเวลาในการคานวณ พบว่ากรณีที่ 4 (621,093 elements) ให้ผลการ จาลองที่มีความแม่นยาใกล้เคียงกับกรณีที่มีเมชละเอียดที่สุด แต่ใช้เวลาในการคานวณน้อยกว่า จึงถูก เลือกเป็นเมชที่เหมาะสมสาหรับการจาลองในขั้นตอนต่อไปของงานวิจัยนี้ นอกจากนี้ ยังสามารถใช้ค่าความเร็วการไหลของอากาศมาเปรียบเทียบเพื่อหาผลกระทบของ เมชได้โดยการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณที่มีขอบเขตเดียวกัน จากนั้นนาค่า Velocity magnitude ที่ได้จากการทา contour plot มาเปรียบเทียบกับเมชแต่ละกรณี โดยจะทาการแบ่ง ระยะในการพลอตออกเป็น 7 ระยะ ตั้งแต่ในหัวฉีด 2mm จนถึงทางออกหัวฉีด 50 cm จะได้กราฟ ดังนี้ 41 - ระยะ z = - 0.002 m. (Q = 0.0052 m3/s, 𝑚̇ = 0.00572 kg/s) รูปที่ 4.8 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง Velocity magnitude – Distance - ระยะ z = 0 m (Q = 0.0052 m3/s, 𝑚̇ = 0.00572 kg/s) รูปที่ 4.9 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง Velocity magnitude – Distance 42 - ระยะ z = 0.005 m (Q = 0.0052 m3/s, 𝑚̇ = 0.00572 kg/s) รูปที่ 4.10 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง Velocity magnitude – Distance - ระยะ z = 0.01 m (Q = 0.0052 m3/s, 𝑚̇ = 0.00572 kg/s) รูปที่ 4.11 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง Velocity magnitude – Distance 43 - ระยะ z = 0.1 m (Q = 0.0052 m3/s, 𝑚̇ = 0.00572 kg/s) รูปที่ 4.12 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง Velocity magnitude – Distance - ระยะ z = 0.3 m (Q = 0.0052 m3/s, 𝑚̇ = 0.00572 kg/s) รูปที่ 4.13 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง Velocity magnitude – Distance 44 - ระยะ z = 0.5 m (Q = 0.0052 m3/s, 𝑚̇ = 0.00572 kg/s) รูปที่ 4.14 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง Velocity magnitude – Distance จากกราฟ การวิเคราะห์อิทธิพลของเมชในการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณโดย พิจารณาเมชทั้ง 6 กรณี พบว่าที่แต่ละระยะ ความละเอียดของเมชมีผลต่อค่าความเร็วของการไหล อากาศ โดยเมชที่มีความละเอียดต่า (กรณีที่ 1-3) ให้ผลการจาลองที่มีความคลาดเคลื่อนและไม่ สามารถแสดงพฤติกรรมการไหลภายในหัวฉีดได้อย่างชัดเจน เมื่อเพิ่มความละเอียดของเมชมากขึ้ น (กรณีที่ 4 - 6) ผลการจาลองมีแนวโน้มคงที่ เส้นในกรณีที่ 4 - 6 เกิดการซ้อนทับกัน ซึ่งแสดงได้ถึง ความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย แสดงให้เห็นว่าผลการจาลองเริ่มไม่ขึ้นกับขนาดเมช ดังนั้นเมชกรณีที่มี จานวน elements ประมาณ 600,000 จึงถูกเลือกใช้ในการจาลอง เนื่องจากให้ความแม่นยาเพียงพอ และใช้เวลาในการคานวณเหมาะสม 45 4.4 อิทธิพลของมุมใบกังหันจากการจาลองพลศาสตร์เชิงคานวณ จากการจาลองพลศาสตร์ ข องไหลเชิ ง คานวณของหั ว ฉี ด แต่ ละโมเดล โดยทุ ก โมเดลมี การกาหนดขอบเขต และเงื่อนไขของการจาลองที่เหมือนกัน โดยจะใช้การเมชในกรณีที่ 4 เพื่อให้ได้ ค่าที่แม่นยาที่สุด โดยผลลัพธ์จากการจาลองที่จะแสดงมีด้วยกันดังนี้ 4.4.1 Contour plot การใช้ Contour plot แสดงให้เห็นการกระจายของความเร็วอากาศทั้งโดเมนได้ดี ค่อนข้าง เข้าใจง่าย แต่อาจไม่ชัดเหมือนกับ Streamline ที่แสดงถึงทิศทางการไหลวนของอากาศ โดยผลจาก การจาลองจะแสดงดังนี้ รูปที่ 4.15 Color range ของ Velocity magnitude 1. Velocity Contour plot ทั้ง Fluid domain ของหัวฉีดแอร์บลาสต์ทุกโมเดลจะใช้ Color range ของ Velocity magnitude ตามรูปที่ 4.15 เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบความเร็วของ อากาศที่ออกจากหัวฉีดแต่ละโมเดลได้ ตามตารางที่ 4.7 46 ตารางที่ 4.11 แสดงผล Contour plot บริเวณ Fluid domain Vmax Model Range (m/s) S5 108 S10 110.5 S15 112.2 S20 117.54 S25 123.86 47 Result ตารางที่ 4.12 แสดงผล Velocity Contour plot บริเวณใกล้หัวฉีด Model Range Result S5 S10 S15 S20 S25 48 ตารางที่ 4.13 แสดงผล Velocity Contour plot บริเวณทางออกของหัวฉีด Distance Models from nozzle S5 S10 S15 S20 (mm) 0 1.5 3 10 15 20 49 S25 ตารางที่ 4.14 แสดงผล Pressure Contour plot Pmax Pmin Model (Pa) (Pa) S5 S10 S15 S20 S25 74940.2 -2316.55 70396.7 -2540.3 90443 -5112.77 81914.8 -8729.49 73495.6 -11703.9 50 Result 4.4.2 Streamline Streamline จะแสดงทิ ศ ทางและลั ก ษณะการไหลของของไหลภายในระบบ โดยเส้ น Streamline เป็นเส้นสมมติที่แสดงแนวทางการเคลื่อนที่ของของไหลในแต่ละตาแหน่ง ซึ่งมีทิศทาง เดียวกับทิศทางความเร็วของการไหลในแต่ละตาแหน่ง รวมถึงแสดงความสม่าเสมอและความเสถียร ของการไหลได้อย่างชัดเจน นอกจากนี้ สีที่ปรากฏบนเส้น Streamline ยังใช้แทนค่าความเร็วของ ของไหล เพื่อช่วยให้เห็นการเปลี่ยนแปลงของความเร็วในบริเวณต่าง ๆ ตารางที่ 4.15 แสดงผล Streamline ที่เกิดขึ้นบริเวณทางออกของหัวฉีด Mode Range Result S5 S10 S15 S20 S25 จากผลการทดสอบพบว่า การแสดงผลแบบ Streamline ของแบบจาลอง แต่ละโมเดลมี รูปแบบของการไหลที่แตกต่างกัน โดยพบว่าที่หัวฉีดแต่ละโมเดลจะมีความเร็วสูงสุดอยู่ที่ทางออกของ หัวฉีด หรือจุดตัดของสเปรย์ และจากหัวฉีดทุกโมเดล โมเดล S25 จะมีความเร็วสูงสูง และลดลงไป ตามลาดับ ซึ่งสามารถบ่งบอกได้ว่าอิทธิพลของมุมใบกังหันแปรผันตรงกับความเร็วของการไหลของ อากาศ 51 ตารางที่ 4.16 แสดงภาพการไหลของ Streamline ใกล้หัวฉีด Model Range S5 Result S10 S15 S20 S25 จากผลการทดสอบพบว่า การแสดงผลแบบ Streamline แสดงให้เห็นการไหลของอากาศที่ ผ่านช่องฉีดของหัวฉีด ซึ่งหัวฉีดโมเดล S25 มีความเร็วสูงกว่าโมเดลอื่น โดยเส้น Streamline มีการ รวมตัวกันอย่างหนาแน่นบริเวณทางออกของช่องฉีด สะท้อนให้เห็นถึงการเร่งความเร็วของอากาศ ภายในช่องฉีด และในช่วงต้นมีการไหลที่ค่อนแกว่ง เนื่องจากโมเดล S25 จะมีมุมการกระจายของ สเปรย์ที่กว้างที่สุดเมื่อระยะห่างไกลมากขึ้นจากหัวฉีดแนวโน้มการไหลที่มี 52 4.4.3 Velocity Profile Velocity Profile จะแสดงกราฟการกระจายตัวของความเร็วของไหลที่แตกต่างกันในแต่ละ โมเดล โดยจะวัดความเร็วในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางการไหลหลัก เช่น ในท่อ ความเร็วจะต่าสุด (เป็น ศูนย์) ที่ผนังท่อ และเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนถึงจุดศูนย์กลางท่อที่มีความเร็วสูงสุด รูปที่ 4.16 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.1 เมตร จาก CFD รูปที่ 4.17 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.3 เมตร จาก CFD 53 รูปที่ 4.18 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.5 เมตร จาก CFD จากกราฟแสดงให้เห็น Velocity Profile ตามแนวรัศมีที่ตาแหน่งต่าง ๆ ตามแนวแกนการ ไหล (Z = 0 ,0.003 ,0.01 ,0.1 และ0.3) สามารถอธิบายพฤติกรรมของการไหลได้อย่างชัดเจน โดยใน บริเวณใกล้ปากหัวฉีด (Z = 0 – 0.01 m) พบว่าการไหลมีความเร็วสูงมากที่บริเวณแกนกลาง เมื่อ ระยะตามแนวแกนเพิ่มขึ้นเป็น Z = 0.1 m พบว่าความเร็วแกนกลางเริ่มลดลงอย่างต่อเนื่อง ที่ ตาแหน่ง Z = 0.3 และ 0.5 m การไหลแสดงลักษณะการกระจายตัวที่เด่นชัดมากขึ้น โดยความเร็ว สูงสุดที่แกนกลางลดลงอย่างมาก โดยสรุป เมื่อระยะตามแนวแกนเพิ่มขึ้น ความเร็วแกนกลางของเจ็ ต จะลดลงอย่างต่อเนื่อง ขณะที่การกระจายตัวในแนวรัศมีเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน 4.5 อิทธิพลของช่องฉีดอากาศจากการจาลองพลศาสตร์เชิงคานวณ 4.5.1 contour plot รูปที่ 4.19 Color range ของ Velocity magnitude 54 ตารางที่ 4.17 แสดงผล Contour plot บริเวณ Fluid domain Vmax Model Range (m/s) D16 158.6 D18 110.5 D19 95.7 D20 81.3 D21 71 55 Result ตารางที่ 4.18 แสดงผล Velocity Contour plot บริเวณใกล้หัวฉีด Model Range Result D16 D18 D19 D20 D21 56 ตารางที่ 4.19 แสดงผล Contour plot บริเวณทางออกของหัวฉีด z = 0 m Distance Distance from nozzle (mm) from nozzle D16 D18 D19 D20 (mm) 0 1.5 3 10 15 20 57 D21 ตารางที่ 4.20 แสดงผล Pressure Contour plot Pmax Pmin Model (Pa) (Pa) D16 99650.00 -5866.53 66334.6 -2370.36 81741.9 -1968.79 61091.7 -1484.03 73936.7 -1078.79 D18 D19 D20 D21 58 Result 4.5.2 Streamline Streamline จะแสดงทิ ศ ทางและลั ก ษณะการไหลของของไหลภายในระบบ โดยเส้ น Streamline เป็นเส้นสมมติที่แสดงแนวทางการเคลื่อนที่ของของไหลในแต่ละตาแหน่ง ซึ่งมีทิศทาง เดียวกับทิศทางความเร็วของการไหลในแต่ละตาแหน่ง รวมถึงแสดงความสม่าเสมอและความเสถียร ของการไหลได้อย่างชัดเจน นอกจากนี้ สีที่ปรากฏบนเส้น Streamline ยังใช้แทนค่าความเร็วของของ ไหล เพื่อช่วยให้เห็นการเปลี่ยนแปลงของความเร็วในบริเวณต่าง ๆ ตารางที่ 4.21 แสดงผล Streamline ที่เกิดขึ้นบริเวณทางออกของหัวฉีด Mod Range Result e D16 D18 D19 D20 D21 59 ตารางที่ 4.22 แสดงภาพการไหลของ Streamline ใกล้หัวฉีด Model Range D16 Result D18 D19 D20 D21 จากผลการทดสอบพบว่า การแสดงผลแบบ Streamline ของแบบจาลองช่องฉีดอากาศ D16 แสดงให้เห็นการไหลของอากาศที่ผ่านช่องฉีดของหัวฉีด ซึ่งมีความเร็วสูงกว่ารูปแบบอื่น โดยเส้น Streamline มีการรวมตัวอย่างชัดเจนบริเวณทางออกของช่องฉีด สะท้อนให้เห็นถึงการเร่งความเร็ว ของอากาศภายในหัวฉีดฉีด และแนวโน้มการไหลที่มีความต่อเนื่อง 60 4.5.3 Velocity Profile Velocity Profile จะแสดงกราฟการกระจายตัวของความเร็วของไหลที่แตกต่างกันในแต่ละ โมเดล โดยจะวัดความเร็วในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางการไหลหลัก เช่น ในท่อ ความเร็วจะต่าสุด (เป็น ศูนย์) ที่ผนังท่อ และเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนถึงจุดศูนย์กลางท่อ ซึ่งความเร็วสูงสุด รูปที่ 4.20 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.1 เมตร จาก CFD รูปที่ 4.21 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.3 เมตร จาก CFD 61 รูปที่ 4.22 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.5 เมตร จาก CFD 4.6 อิทธิพลของอัตราการไหลของอากาศจากการจาลองพลศาสตร์เชิงคานวณ (CFD) โดยจะทาการศึกษาอิทธิพลของอัตราการไหลของอากาศโดยการจาลองพลศาสตร์เชิงคานวณ จะใช้หัวฉีดที่มีขนาดช่องฉีดอากาศ 10 องศา และขนาดช่องฉีดอากาศ 18 มิลลิเมตร โดยกาหนดให้ อัตราการไหลของอากาศที่ 0.01287, 0.01667, 0.01969, 0.02233, 0.02475 kg/s กับการกระจาย ตัวของความเร็ว ทาการวัดที่หน้าตัดของสเปรย์ 3 ระยะ คือ z = 0.1, 0.3, 0.5 เมตร รูปที่ 4.23 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.1 เมตร จาก CFD 62 รูปที่ 4.24 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.3 เมตร จาก CFD รูปที่ 4.25 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.5 เมตร จาก CFD 63 4.7 ผลการวัดหาการกระจายตัวของความเร็ว (Velocity Profile) ในการทดลองนี้ทาการวัดการกระจายตัวของความเร็ว เพื่อศึกษาอิทธิพลของ มุมใบกังหัน ขนาดช่องฉีดอากาศ และอัตราการไหลของอากาศ รวมถึงการวัดในสภาวะสองสถานะ (Twophases) เพื่อวิเคราะห์แนวโน้มการเปลี่ยนแปลงของความเร็วจากหัวฉีดที่มีเงื่อนไขแตกต่างกัน การ วิเคราะห์ช่วยให้เห็นการเปลี่ยนแปลงมุมใบกังหันและขนาดของช่องฉีดอากาศส่งผลต่อการกระจายตัว ของความเร็วมากน้อยเพียงใด โดยการวัดค่าความเร็วจะดาเนินการด้วย Pitot tube 4.7.1 อิทธิพลของมุมใบกังหัน จากการทดลอง รูปที่ 4.26 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.1 เมตร จากการทดลอง 64 Velocity Profile by Experiment [30 cm] Velocity (m/s) 20 10 0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 s20 s25 60 80 r (mm) s5 s10 s15 รูปที่ 4.27 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.3 เมตร จากการทดลอง รูปที่ 4.28 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.5 เมตร จากการทดลอง โดยหัวฉีดที่จะทาการทดสอบประกอบด้วยหัวฉีดที่มีมุมใบกังหัน 5, 10 ,15, 20, 25 องศา ทาการวัดที่หน้าตัดของสเปรย์ 3 ระยะ คือ z = 0.1, 0.3, 0.5 เมตร และกาหนดให้อัตรา การไหลของอากาศที่ 0.01287 kg/s 65 4.7.2 อิทธิพลของขนาดช่องฉีดอากาศ จากการทดลอง โดยหัวฉีดที่จะทาการทดสอบประกอบด้วยหัวฉีดที่มีขนาดของช่องฉีดอากาศ 16 , 18, 19, 20, 21 มิลลิเมตร ทาการวัดที่หน้าตัดของสเปรย์ 3 ระยะ คือ z = 0.1, 0.3, 0.5 เมตร และ กาหนดให้อัตราการไหลของอากาศที่ 0.01287 kg/s รูปที่ 4.29 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.1 เมตร จากการทดลอง รูปที่ 4.30 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.3 เมตร จากการทดลอง 66 รูปที่ 4.31 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.5 เมตร จากการทดลอง 4.7.3 อิทธิพลของอัตราการไหลของอากาศ จากการทดลอง โดยหัวฉีดที่จะทาการทดสอบประกอบด้วยหัวฉีดที่มีมุมใบกังหัน 10 องศา ขนาดช่องฉีด อากาศ 18 มิลลิเมตร ทาการวัดที่หน้าตัดของสเปรย์ 3 ระยะ คือ z = 0.1, 0.3, 0.5 เมตร และ กาหนดให้อัตราการไหลของอากาศที่ 0.01287, 0.01661, 0.01969, 0.02233, 0.02475 kg/s รูปที่ 4.32 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.1 เมตร จากการทดลอง 67 รูปที่ 4.33 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.3 เมตร จากการทดลอง รูปที่ 4.34 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.5 เมตร จากการทดลอง 4.7.4 การวัดความเร็วของอากาศในสภาวะที่มีการสเปรย์ของเหลว (Two-phases) จากการ ทดลอง โดยหัวฉีดที่จะทาการทดสอบประกอบด้วยหัวฉีดที่มีมุมใบกังหัน 10 องศา ขนาด ช่องฉีดอากาศ 18 มิลลิเมตร ทาการวัดที่หน้าตัดของสเปรย์ 2 ระยะ คือ z = 0.3, 0.5 เมตร กาหนดให้อัตราการไหลของอากาศที่ 0.01287 kg/s และอัตราการไหลของน้าที่ 0.00644 kg/s 68 รูปที่ 4.35 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.3 เมตร จากการทดลอง รูปที่ 4.36 กราฟแสดง Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.3 เมตร จากการทดลอง 4.7.5 ผลการเปรียบเทียบความเร็วจากการทดลองและการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ ในการศึกษานี้ทาการเปรียบเทียบหัวฉีดที่มีมุมใบกังหัน 10 องศา โดยเปรียบเทียบ ความเร็วที่หน้าตัดของสเปรย์ที่ระยะ z = 0.1, 0.3 และ 0.5 เมตร ภายใต้เงื่อนไขที่กาหนดให้ อัตราการไหลของอากาศเท่ากับ 0.01287 kg/s เพื่อนาผลจากการทดลองมาเปรียบเทียบกับ ผลการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) 69 รูปที่ 4.37 กราฟแสดงการเปรียบเทียบ Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.1 เมตร รูปที่ 4.38 กราฟแสดงการเปรียบเทียบ Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.3 เมตร รูปที่ 4.39 กราฟแสดงการเปรียบเทียบ Velocity Profile ระยะห่างจากหัวฉีด 0.5 เมตร 70 บทที่ 5 สรุปผลการทดลองและข้อเสนอแนะ 5.1 สรุปผลการทดลอง โครงงานนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบหัวฉีดแอร์บลาสต์สาหรับเครื่องพ่นสเปรย์หมอกให้ ครอบคลุมสภาวะการทางาน โดยศึกษาคุณลักษณะการไหลของอากาศและมุมสเปรย์ ภายใต้อิทธิพล ของมุมใบกังหัน และขนาดของช่องฉีดอากาศ โดยโครงงานนี้ได้ถูกแบ่งออกเป็น 4 ส่วน ซึ่งในส่วนแรก เป็นการออกแบบหัวฉีดที่มีมุมใบกังหันที่แตกต่างกัน 5 มุม คือ 5, 10, 15, 20, 25 องศา และขนาด ช่องฉีดอากาศที่แตกต่างกัน 5 ขนาด คือ 16, 18, 19, 20, 21 มิลลิเมตร เพื่อศึกษาอิทธิพลของมุมใบ กังหัน และขนาดช่องฉีดอากาศ โดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ ที่มีวัสดุในการพิมพ์เป็นเรซิน เนื่องจากเรซินมีผิวเรียบ แข็งแรง และทนแรงดันแบบไดนามิกส์ได้ดี ในส่วนที่สองเป็นการวัดมุมของ สเปรย์ด้วยเทคนิคการประมวลผลภาพ (Image Processing) ส่วนที่สามเป็นการจาลองพลศาสตร์ของ ไหลเชิงคานวณ (CFD) ด้วยโปรแกรม ANSYS Fluent เพื่อทานายคุณลักษณะการไหลของอากาศ และส่วนที่สี่เป็นการทดลองหา Velocity Profile ของหัวฉีดแต่ละโมเดล เพื่อตรวจสเปรย์อบความ ถูกต้องของผลการจาลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ เมื่อได้พิจารณาปัจจัยที่ส่งผลต่อสเปรย์พบว่ามุมของใบกังหัน และขนาดช่องฉีดอากาศ ทั้ง สองพารามิเตอร์นี้ส่งผลต่อมุมสเปรย์ โดยเมื่อมุมของใบกังหันนั้นเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ค่ามุมสเปรย์นั้น เพิ่มขึ้นเป็น 17.81o, 24.97 o, 27.88 o, 35.60o, 40.74 o ตามลาดับ และการเพิ่มขนาดช่องฉีดอากาศ นั้นส่งผลต่อมุมของสเปรย์น้อยมาก โดยมีมุมเฉลี่ยทุกโมเดลอยู่ที่ประมาณ 26.88 o ทั้งหมดนี้อยู่ภายใต้ อิทธิพลของอัตราส่วนอัตราการไหลของอากาศต่อน้าเท่ากับ 2.4 ในส่วนการหาการกระจายตัวของ ความเร็ว (Velocity Profile) จากทั้งการจาลองพลศาสตร์เชิงคานวณ และการทดลองวัดความเร็ว ด้วย Pitot Tube จะศึกษาอิทธิพลของมุมใบกังหัน และขนาดช่องฉีดอากาศ ซึ่งจากการจาลองพบว่า เมื่อมุมใบกังหันเพิ่มขึ้น(5 o, 10 o, 15 o, 20 o, 25 o ) ขนาดของความเร็วสูงสุด (Vmax) จะลดลง (41.4, 40.9, 39.4, 39.2, 32.4 m/s) และความเร็วที่วัดได้โดยปิโตทิวบ์ เมื่อมีการเพิ่มขนาดมุมใบกังหันมีค่า เท่ากับ 53.1, 43.1, 37.5, 35.6, 25.6 m/s ต่อมาเมื่อเพิ่มขนาดช่องฉีดอากาศ (16, 18, 19, 20, 21 mm.) ในการจาลอง ความเร็วสูงสุดจะลดลง ( 53.1, 40.9, 37.3, 36.0, 33.2 m/s ) และความเร็วที่ วัดได้โดย Pitot Tube ลดลง (48.8, 43.1, 37.2, 36.0, 35.2 m/s ) เนื่องจากพื้นที่หน้าตัดของการ ไหลเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความเร็วของอากาศนั้นลดลงตามหลักสมการความต่อเนื่องของการไหล ซึ่งจาก การศึกษาพารามิเตอร์มุมใบกังหัน และขนาดช่องฉีดอากาศทาให้ทราบแนวโน้มจากทั้งการจาลอง พลศาสตร์เชิงคานวณกับการทดลองวัดความเร็วด้วย Pitot Tube ว่ามีแนวโน้มไปในทิศทางเดียวกัน 71 จากผลการทดลองการวัดการกระจายตัวของความเร็ว เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของผลการ จาลองพลศาสตร์ ของไหลเชิงคานวณ (CFD) พบว่าผลของการจาลอง และผลของการทดลองมี ลักษณะการกระจายตัวที่ใกล้เคียงกัน และยัง ได้ทาการประเมินความคลาดเคลื่อนของผลการจาลอง โดยใช้ค่า Root Mean Square Error (RMSE) ผลการคานวณพบว่าค่าความคลาดเคลื่อนอยู่ในช่วง 3 - 14% ซึ่งแสดงให้เห็นว่าผลการจาลองนั้นค่อนข้างมีความน่าเชื่อถือ 5.2 ข้อเสนอแนะ 1. การวัดอัตราไหลอากาศภายในชุดทดสอบนั้นต้องการความแม่นยามาก เนื่องจากเป็น ข้อมูลที่ใช้ในการจาลอง และทดลองเพื่อตรวจสอบความถูกต้อง ดังนั้นควรปรับปรุงให้เป็นระบบ ดิจิทัลแทนการอ่านค่าจากมานอมิเตอร์ เพื่อความแม่นยา และลดการทางานแบบซ้าซ้อน 2. การวัดอัตราการไหลอากาศ หากมีการควบคุมอากาศภายในห้องให้ใกล้เคียงระบบปิด จะ ทาให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยามากยิ่งขึ้น เนื่องจากในห้องทดลองมีอากาศที่ไหลวน คอยรบกวนสเปรย์อยู่ เล็กน้อย ทาให้มีค่าความผิดพลาดเกิดขึ้น 3. การวัดมุมสเปรย์ แสงสว่างภายในห้องทดลองเป็นส่วนที่สาคัญมากในการถ่ายภาพนิ่งของ สเปรย์ให้ออกมามี ความคมชัด เนื่องจากภาพที่ ได้ต้ องใช้วิ เคราะห์บนโปรแกรม ImageJ ด้ว ย กระบวนการ Image Processing ซึ่งส่งผลกระทบต่อผลมุมโดยตรง จึงควรปรับปรุงการควบคุมแสง สว่างในห้องให้เหมาะสม 4. ชุดทดลอง และเครื่องมือวัด ต้องมีการติดตั้ง จัดตาแหน่งให้ถูกต้อง เนื่องจากตาแหน่ง มุม ในการติดตั้ง มีผลต่อค่าความเร็วที่สามารถวัดได้ หากสมารถจัดวางตาแหน่ง หรือเลื่อนตาแหน่งได้ อย่างถูกต้อง จะสามารถเพิ่มความแม่นยา และลดขั้นตอนในการทางานของการทดลองได้ 5. ต้องมีการสอบเทียบเครื่องมือวัด เพื่อความแม่นยาก่อนการใช้งานเสมอ เพื่อให้ผลลัพธ์ของ การทดลองนั้นมีความถูกต้อง และแม่นยาที่สุด 6. หัวฉีดต้นแบบที่ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ ควรเลือกใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติ แข็งแรง ทน ความร้อน ทนแรงดันแบบไดนามิกได้ดี และมีผิวสัมผัสที่เรียบ เนื่องจากการฉีดพ่นสเปรย์มีความ ละเอียดอ่อนมาก ความเรียบของผิวจึงมีผลต่อสเปรย์ค่อนข้างสูง 72 เอกสารอ้างอิง [1] บริษัท นิวแม็ก จากัด (2561). Spray Nozzle (หัวฉีดสาหรับงานอุตสาหกรรม). สืบค้นเมื่อ 23 กรกฎาคม 2568, จาก https://www.pneumax.co.th/article-spray-nozzle [2] สินธู นวล และคณะ (2560). การออกแบบหัวฉีดสาหรับเครื่องพ่นสเปรย์หมอกควันโดยใช้ เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ. สืบค้นเมื่อ 23 กรกฎาคม 2568, จาก ปริญญานิพนธ์ วิศวกรรมศาสตร์บัณฑิตสาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกลภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน-อวกาศ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ [3] World Health Disinfection. (n.d.). ULV Disinfection System. สืบค้นเมื่อ 5 มกราคม 2569, จาก https://www.worldhealthdisinfection.com/ulv [4] Nexles. (2025). Bure ULV nozzle. สืบค้นเมื่อ 5 มกราคม 2569, จาก https://www.nexles.com/eu/sm-bure-adjustable-nozzle-bure-ulv-nozzle.html [5] Siam Hardware. (n.d.). รายละเอียดสินค้า. สืบค้นเมื่อ 5 มกราคม 2569, จาก https://www.siamhw.com/products_detail/view/7533500 [6] Solonz. (n.d.). ULV Nozzle 423–452. สืบค้นเมื่อ 5 มกราคม 2569, จาก https://solonz.co.nz/products/ulv-nozzle-423-452 [7] SOLO. (n.d.). ULV Nozzle for Power Misters. สืบค้นเมื่อ 5 มกราคม 2569, จาก https://shop.solo.global/en/ULV-nozzle-for-power-misters/49480 [8] จักรพรรณ์ สีดา และคณะ (2561). การออกแบบและสร้างชุดทดสอบสาหรับหัวฉีดแบบ AirBlast. สืบค้นเมื่อ 25 กรกฎาคม 2568, จาก ปริญญานิพนธ์วิศวกรรมศาสตร์บัณฑิตสาขาวิชา วิศวกรรมเครื่องกลภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน-อวกาศ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ [9] Thermopedia. (n.d.). Atomization. สืบค้นเมื่อ 23 กรกฎาคม 2568, จาก https://www.thermopedia.com/content/573/ [10] Food Network Solution. (n.d.). Manometer (มาโนมิเตอร์). สืบค้นเมื่อ 17 กันยายน 2568, จาก https://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/4322/manometer-มาโน มิเตอร์#google_vignette [11] Testo Ltd. (2026). testo 440 dP - Air velocity and IAQ measuring instrument including differential pressure sensor. สืบค้นเมื่อ 17 กันยายน 2568, จาก https://www.testo.com/en-TH/testo-440-dp/p/0560-4402 [12] บริษัท หาญ เอ็นจิเนียริ่ง โซลูชั่นส์ จากัด (มหาชน). (2568). ทาความรู้จักกับ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ. สืบค้นเมื่อ 6 สิงหาคม 2568, จาก https://www.harn.co.th/articles/introduction-to-3dprinting/ 73 [13] Ansys. (n.d.). What is Computational Fluid Dynamics (CFD)? Ansys. สืบค้นเมื่อ 24 ธันวาคม 2568, จาก https://www.ansys.com/simulation-topics/what-is-computationalfluid-dynamics [14] SimScale. (n.d.). What is CFD (Computational Fluid Dynamics). สืบค้นเมื่อ 24 ธันวาคม 2568, จาก https://www.simscale.com/docs/simwiki/cfd-computational-fluiddynamics/what-is-cfd-computational-fluid-dynamics/ [15] Kmecova, M., Sikula, O., & Krajcik, M. (2019). Circular Free Jets: CFD Simulations with Various Turbulence Models and Their Comparison with Theoretical Solutions, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, Vol. 471. สืบค้นเมื่อ 8 มกราคม 2569, จาก https://doi:10.1088/1757-899X/471/6/062045 [16] Escue, A., & Cui, J. (2010). Comparison of turbulence models in simulating swirling pipe flows, Applied Mathematical Modelling, Vol. 34, pp. 2840–2849. สืบค้น เมื่อ 8 มกราคม 2569 [17] Wannassi, M., & Monnoyer, F. (2016). Numerical simulation of the flow through the blades of a swirl generator, Applied Mathematical Modelling, Vol. 40, pp. 1247– 1259. สืบค้นเมื่อ 8 มกราคม 2569. [18] Banu, J. P., & Mani, A. (2019). Numerical studies on ejector with swirl generator, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 137, pp. 589-600. สืบค้นเมื่อ 8 มกราคม 2569. [19] International Organization for Standardization (ISO). (2003). ISO 5167-1:2003 Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices — Part 1: General principles and requirements. สืบค้นเมื่อ 5 มกราคม 2569, จาก https://azaransanjesh.com/wpcontent/uploads/2021/07/ISO_5167_1_2003_General.p df [20] Dozzo Flamenco. 2020.ความสัมพันธ์ 3 ปัจจัยในการรับแสง. สืบค้นเมื่อ 17 กันยายน 2568, จาก https://www.dozzdiy.com/the-exposure-triangle/ [21] ImageJ. 2540. Image Processing.สืบค้นเมื่อ 17 กันยายน 2568, จาก Introduction [22] The Engineering Mindset. (n.d.). Table of Fluid Properties (Properties of Air at Atmospheric Pressure). สืบค้นเมื่อ 24 ธันวาคม 2568, จาก https://theengineeringmindset.com/properties-of-air-at-atmospheric-pressure/ 74 ภาคผนวก ก แบบหัวฉีดที่ใช้ในโครงงาน 75 ภาคผนวก ก แบบหัวฉีดที่ใช้ในโครงงาน รูปที่ ก.1 ตัวอย่างโครงสร้างหัวฉีดต้นแบบ รูปที่ ก.2 หัวฉีด Air-Blast มุมใบกังหัน (5°,25°) 76 รูปที่ ก.3 หัวฉีด Air-Blast ขนาดช่องฉีดอากาศ (16, 18, 19, 20, 21 mm) 77 ภาคผนวก ข ผลภาพถ่ายมุมสเปรย์ 78 ภาคผนวก ข ผลภาพถ่ายมุมสเปรย์ ตารางที่ ข.1 ผลการถ่ายภาพมุมสเปรย์จากการศึกษาอิทธิพลของมุมใบกังหัน (air = 0.01287 kg/s ,water = 0.0083 kg/s) Model Default Normalization S5 S10 S15 S20 S25 79 ตารางที่ ข.2 ผลการถ่ายภาพมุมสเปรย์จากการศึกษาอิทธิพลของขนาดช่องฉีดอากาศ (air = 0.01287 kg/s ,water = 0.0083 kg/s) Model Default Normalization D16 D18 D19 D20 D21 80 ตารางที่ ข.3 ผลการถ่ายภาพมุมสเปรย์จากการศึกษาอิทธิพลของอัตราการไหลของอากาศ (model = S10 ,water = 0.0083 kg/s) อัตรา การไหล อากาศ Default Normalization (kg/s) 0.01287 0.01661 0.01969 0.02233 0.02475 81 ตารางที่ ข.4 ผลการถ่ายภาพมุมสเปรย์จากการศึกษาอิทธิพลของอัตราการไหลของน้า (model = S10 ,air = 0.001969 kg/s) อัตราการ ไหลน้า Default Normalization (kg/s) 0.0033 0.0067 0.0083 0.0117 0.0167 82 ตารางที่ ข.5 ผลการถ่ายภาพมุมสเปรย์จากการศึกษาอิทธิพลของอัตราส่วนการไหลของอากาศต่อน้า (model = S10 ,ratio = 2) อัตรา อัตรา การไหล การ Default Normalization อากาศ ไหลน้า (kg/s) (kg/s) 0.01287 0.00644 0.01661 0.00831 0.01969 0.00985 0.02233 0.01117 0.02475 0.01238 83 ภาคผนวก ค ผลการทดลองวัดการกระจายตัวของความเร็วและผลเปรียบเทียบกับ CFD 84 ภาคผนวก ค ผลการทดลองวัดการกระจายตัวของความเร็วและผลเปรียบเทียบกับ CFD ตารางที่ ค.1 ทดสอบเปลี่ยนมุมใบกังหันที่ระยะห่างจากหัวฉีด 10 cm. r (mm) -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 S5 0.8 1.3 0.8 0.7 1.1 2.8 5.6 13.9 28.4 43.6 53.1 51.4 37.2 21.2 8.3 3 2.1 1 0.7 0.6 0.6 S10 0.1 0.2 0.9 1.6 1.9 3.4 6.2 15 26.3 38.4 43.1 40.7 31.7 19.8 9.5 3.6 1.5 1.1 0.8 0.9 0.2 Velocity (m/s) S15 1 1.1 1.1 2.9 2.5 3.8 8.6 14.4 25.5 37.5 37.5 32.2 22 13.3 5.8 2.2 3.2 3.4 3.6 3.5 3.5 85 S20 1.3 1.4 2 2.3 5.4 8.8 12.5 18 29.9 33.7 35.6 30.5 25.8 17.1 9.8 8.3 3 2.5 2.1 1.4 1.3 S25 1.4 1.3 1.7 1.8 4.7 5.4 14.6 17.1 23.4 24.8 25.6 23.5 21.5 18 9.6 5.5 2.5 2.3 1.9 0.9 1.1 ตารางที่ ค.2 ทดสอบเปลี่ยนมุมใบกังหันที่ระยะห่างจากหัวฉีด 30 cm. r (mm) -80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 S5 0.3 0.5 0.9 1 1.7 3.2 3.7 5 6.9 8.2 10.4 12.3 15.3 16.6 18.4 20.3 20.3 20.3 19 17.2 15.1 12.6 10.8 8.3 6.4 4.8 3.7 2.3 S10 1.4 1.5 1.5 1.4 1.5 2.3 3.6 4.5 6.5 7.9 9.6 10.7 12.8 14.2 15.7 16.9 17.3 16.6 16.6 15.7 13.6 11.9 10 8.6 6.9 5.6 3.8 1.8 Velocity (m/s) S15 1.2 1.3 1.4 2.2 3.2 3.1 4.1 5.8 6.2 8.2 8.9 10.8 12.3 13.6 14.7 15.2 15.9 15.7 14.7 13.1 11.8 10.7 9 8 6.6 4.9 4.4 3.3 86 S20 1 1.5 1.6 1.5 1.7 2.5 3.9 4.3 5.3 6.7 7.6 9.2 12.1 12.6 13.3 13.6 14 13.9 13.6 12.7 11.6 10.9 9.7 8.6 7.5 5.7 5 4.1 S25 1.8 1.8 1.5 1.6 1.7 2.3 4.1 4.3 5.9 6.7 8.5 10.3 10.7 12 12.5 12.9 13.2 12.2 12.5 11 10.6 9.3 8.9 8 8 6.5 5.3 3.8 60 65 70 75 80 1.2 0.9 0.7 0.2 0.5 1.7 1.3 1.5 1.7 1.6 2.5 1.1 1.4 0.9 1 87 3.3 2.6 2 1.6 1.1 3.3 2.5 1.4 1.2 1.4 ตารางที่ ค.3 ทดสอบเปลี่ยนมุมใบกังหันที่ระยะห่างจากหัวฉีด 50 cm. r (mm) -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 S5 0.8 1 1.2 1.2 1.6 2.4 3.8 3.8 5.2 6.2 7 7.3 8.1 9.3 9.7 10.7 11.5 11.9 12.7 12.6 12.1 12.7 12.3 11.1 10.2 10.2 9.5 8.7 S10 0.8 1.1 1.5 1.8 1.9 2.6 3.3 3.8 4.5 5.4 6.6 6.6 7.6 8 8.8 9.2 10.2 10.5 10.8 10.8 11.3 10.9 10.7 10 10.2 9.2 8 7.2 Velocity (m/s) S15 1 1.6 1.8 1.9 2.4 3.2 3 3.9 4.2 4.8 5.8 6.3 8.9 9.3 9.8 10.1 10 10.6 10.4 11.2 11.4 11.3 10.8 10.2 9.8 9.2 8.4 7.5 88 S20 1.8 2 2.3 2.4 2.4 3 3.4 4.2 5 5.2 5.9 6.6 7.5 8.4 8.9 9.6 9.9 10.4 10.3 10.7 11.5 10.8 10.1 8.9 7.9 7.2 6.5 6.4 S25 1.4 1.2 1.8 2 2 2.5 2.8 3.3 3.9 4.2 4 5 5.9 6.2 7.1 7.2 7.7 8.9 9 9.3 9.5 9.5 9 8.7 8.4 7.6 6.8 6.5 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 7.6 6.2 6.4 5.3 4.5 3.9 3 3.2 2.7 2.3 2.3 2.1 2.1 7.1 5.7 5.5 4.7 3.7 3.1 3.1 2.5 1.2 1.1 1.1 0.8 0.8 7.2 6.5 5.7 3.9 3 2.6 2.6 1.4 1.5 1.3 1.4 1.1 1.1 89 5.7 5.1 4.9 4.1 3.5 2.8 2.5 1.2 1.1 1.1 0.9 0.7 0.4 5.6 5.1 4.5 3.1 2.9 3 2.3 1.6 1.5 1.5 1.4 1.3 1 ตารางที่ ค.4 ทดสอบเปลี่ยนขนาดช่องฉีดอากาศที่ระยะห่างจากหัวฉีด 10 cm. Velocity (m/s) r (mm) D16 D18 D19 D20 -50 3.4 0.1 1.9 1.1 -45 3.4 0.2 2.2 1.5 -40 3.3 0.9 2.2 2.2 -35 4.3 1.6 2.8 2.8 -30 7.1 1.9 4.5 3.6 -25 6.9 3.4 6 6.3 -20 11.6 6.2 9.2 10 -15 22 15 16.5 17.1 -10 35.1 26.3 29.9 24.5 -5 41.4 38.4 35.7 30.9 0 47.5 43.1 37.2 36 5 48.8 40.7 36.2 31.1 10 33.6 31.7 22 26.8 15 20.8 19.8 10.9 14.2 20 8.8 9.5 3.5 6.3 25 4.1 3.6 1.9 3.3 30 3.2 1.5 0.8 2.8 35 2.8 1.1 0.8 2.4 40 2.3 0.8 0.4 2.4 45 2.2 0.9 0.8 2.5 50 1.6 0.2 0.4 2.5 90 D21 1.5 1.4 1.9 2.4 3 4.4 10.1 18.3 28.9 34.9 35.2 29.8 21.2 11.2 4.9 2.6 1.8 1.1 0.8 0.9 0.2 ตารางที่ ค.5 ทดสอบเปลี่ยนขนาดช่องฉีดอากาศที่ระยะห่างจากหัวฉีด 30 cm. r (mm) -80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 D16 1.3 1.4 1.6 2.7 3.2 5 6.7 9 8.7 9.5 11.1 12.9 14.2 16.1 17.3 18.5 19 18.9 20.1 17.7 15.5 13.3 11.1 8.2 6.9 5.1 3.4 2.8 D18 1.4 1.5 1.5 1.4 1.5 2.3 3.6 4.5 6.5 7.9 9.6 10.7 12.8 14.2 15.7 16.9 17.3 16.6 16.6 15.7 13.6 11.9 10 8.6 6.9 5.6 3.8 1.8 Velocity (m/s) D19 2.4 2.6 2.8 3.4 2.6 2.9 4.1 5.3 6.7 7.7 8.8 10.4 11.7 12 13.9 14.5 15.7 14.5 14.1 12.4 10.6 8.7 7.4 5.8 4.1 2.8 1.9 1.6 91 D20 1.1 1.6 2.2 2.6 3.5 4.3 4.6 5.1 6.2 7.2 8.3 9.3 10.5 11.8 12.5 13.3 14.1 13.8 13.2 13.4 10.9 9.9 8.3 6.5 5.4 4 2.2 1 D21 0.8 0.9 0.9 1.7 2.5 2.2 2.8 3.6 4.9 6.4 7.3 9.2 9.9 11 12 12.8 13.1 13.8 12.6 10.8 9.5 7.6 6.4 5 4.1 2.9 2.5 1.5 60 65 70 75 80 1.3 1.1 0.8 0.4 1 1.7 1.3 1.5 1.7 1.6 0.9 1.4 1.6 1.8 1.8 92 1 0.7 1 0.4 0.2 1.3 1.3 1 0.4 0.1 ตารางที่ ค.6 ทดสอบเปลี่ยนขนาดช่องฉีดอากาศที่ระยะห่างจากหัวฉีด 50 cm. r (mm) -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 D16 1.1 1 1.5 1.8 2.3 2.7 3.7 4.7 5.4 5.9 6.5 8.1 8.9 10.4 10.7 11.6 12 12.9 13.6 14 14.2 13.8 13.4 12.2 11.9 11 10.2 8.8 D18 0.8 1.1 1.5 1.8 1.9 2.6 3.3 3.8 4.5 5.4 6.6 6.6 7.6 8 8.8 9.2 10.2 10.5 10.8 10.8 11.3 10.9 10.7 10 10.2 9.2 8 7.2 Velocity (m/s) D19 1.2 1.4 1.7 2.3 2.9 4 4.3 4.6 5.8 5.5 6.3 7 7.8 8.8 9.5 9.9 10.5 11.1 11.1 11.8 11.9 11.8 11.4 10.9 10.2 9.2 9.2 8.3 93 D20 1.1 1.2 1.1 1.4 1.8 2.5 2.8 3.4 4.1 4.8 5.7 6.3 6.8 7.1 8 8.3 9 9.4 9.9 10.7 10.3 10.2 9.5 9.9 9.4 9 8.4 6.2 D21 0.7 0.7 0.9 1 1.2 2.2 2.4 3.1 3.7 4.2 4.7 5.2 5.8 6.6 7.4 8.2 8.3 8.8 8.9 9 9.3 8.9 8.9 8.3 7.9 7.4 7.1 6.3 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 8.1 6.9 6 6 5.1 3.6 3.5 2.6 1.8 1.3 1 1.1 0.8 7.1 5.7 5.5 4.7 3.7 3.1 3.1 2.5 1.2 1.1 1.1 0.8 0.8 7.8 7 5.8 5.6 5.3 4.3 3.5 3.1 2.5 2.1 1.9 1.8 1.9 94 5.9 4.2 3.8 3 2.9 2.1 2.2 1.9 1.6 1.3 1.6 1.6 1.6 5.7 5.6 4.7 3.4 3.8 2.9 1.8 1.4 1.4 0.8 0.8 1.3 0.7 ตารางที่ ค.7 ทดสอบเปลี่ยนอัตราการไหลของอากาศที่ระยะห่างจากหัวฉีด 10 cm. Velocity (m/s) r (mm) 0.01661 0.01969 0.02233 0.01287 kg/s kg/s kg/s kg/s -50 0.1 0.7 2.1 1 -45 0.2 1 1.7 1.1 -40 0.9 1.6 2.4 1.2 -35 1.6 2.6 2.8 2.1 -30 1.9 3.6 4.1 3.9 -25 3.4 6.3 4.4 5.4 -20 6.2 12 11.2 12.3 -15 15 25.7 25 26.1 -10 26.3 38.6 42.7 51 -5 38.4 53.1 63.4 71.3 0 43.1 58.8 71 80.1 5 40.7 56.2 68.9 79.1 10 31.7 42.8 55.8 61.8 15 19.8 28.2 32.7 40.3 20 9.5 14.8 17.1 18.8 25 3.6 5.7 5.8 6.1 30 1.5 3.5 3.1 2.5 35 1.1 3.2 2.4 1.5 40 0.8 2.9 1.8 0.9 45 0.9 2.7 1.6 0.8 50 0.2 3 1.7 0.6 95 0.02475 kg/s 1 1.4 2.2 3.4 4.2 10.3 20.8 42 65.4 80.6 85.9 81.2 60.4 34.7 16.1 5.8 2.5 1.7 1 0.6 0.7 ตารางที่ ค.8 ทดสอบเปลี่ยนอัตราการไหลของอากาศที่ระยะห่างจากหัวฉีด 30 cm. r (mm) -80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0.01287 kg/s 1.4 1.5 1.5 1.4 1.5 2.3 3.6 4.5 6.5 7.9 9.6 10.7 12.8 14.2 15.7 16.9 17.3 16.6 16.6 15.7 13.6 11.9 10 8.6 6.9 5.6 3.8 Velocity (m/s) 0.01661 0.01969 kg/s kg/s 1.6 1.3 1.4 1.7 1.7 2.2 2.9 2.7 4 4.3 5.4 6.4 6.7 8.1 8.6 9.9 10.9 12.2 12.9 15.1 16 17.3 17.8 20.7 20.2 23.2 22.1 25 23.7 26.5 24.3 27.6 24.5 27.6 22.8 26.4 21.3 24.6 18.9 21.2 16.7 19.5 13.3 16 11.4 13.5 9.1 10.9 6.8 9 4.9 6.4 3.2 4.8 96 0.02233 kg/s 0.4 2.2 2.2 3.7 5 7.7 10.3 13.2 16 19.5 22.6 25.5 28.2 30.7 31.4 31.8 31.4 29.1 25.9 22.8 18.4 15.3 13.7 9.7 7.8 5.6 4.6 0.02475 kg/s 1.3 0.9 2.1 2.5 3.2 4.8 6.6 8.6 11.3 15 17.7 21.3 24.8 27.8 30.6 32.6 33.9 33 32.3 28.8 25.6 21.4 18 14.9 11.5 9.5 6.5 55 60 65 70 75 80 1.8 1.7 1.3 1.5 1.7 1.6 2.3 1.5 0.8 1.1 0.8 1 3.7 2.6 2.3 2.1 2 2.4 97 3.3 2.2 1.5 1.6 0.8 1.1 4.7 2.4 2 1.4 1.2 1.3 ตารางที่ ค.9 ทดสอบเปลี่ยนอัตราการไหลของอากาศที่ระยะห่างจากหัวฉีด 50 cm. r (mm) -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 0.01287 kg/s 0.8 1.1 1.5 1.8 1.9 2.6 3.3 3.8 4.5 5.4 6.6 6.6 7.6 8 8.8 9.2 10.2 10.5 10.8 10.8 11.3 10.9 10.7 10 10.2 9.2 8 Velocity (m/s) 0.01661 0.01969 kg/s kg/s 1.2 1.3 1.3 1.9 2 1.9 2.7 2.5 3.6 3 4.2 3.9 4.9 5.8 6 6.9 6.3 7.7 6.9 8.7 8.1 9.6 8.9 10.5 10 11.2 11.4 12.2 11.6 13.9 12.5 14.1 13.4 15.6 14 16.2 14.7 16.3 14.3 16.8 14.8 17.2 14.7 16.9 14.6 16.2 13.7 16.4 13.2 15.4 12.6 14.2 12.3 13.7 98 0.02233 kg/s 1.7 2 2.1 2.3 4.9 5.7 7.4 7.9 8.8 10.2 11.4 12.4 13.6 14 15.4 16.1 17 17.9 18.3 18.9 18.9 18.8 18.5 18.1 17.3 15.7 15.3 0.02475 kg/s 1.9 1.5 3.6 5 6.2 7 8.1 9.6 10.6 12 13.4 14.1 15.1 16.1 17.3 17.7 19.6 19.5 19.9 19.7 19.5 19.6 19.9 19 18.5 16.8 15.1 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 7.2 7.1 5.7 5.5 4.7 3.7 3.1 3.1 2.5 1.2 1.1 1.1 0.8 0.8 11.1 10.2 9 8.3 7.2 6.2 5.3 4.7 4 3.3 3 2 2 1.7 12.5 11.8 10 9.6 8.1 6.9 6.2 5.4 4.7 4.2 3.5 3.3 2.9 2.4 99 13.7 12.1 10.8 10.4 9.4 8.2 6.2 5.5 4.7 4.1 3 1.9 2 1.4 14.2 12.4 11.4 10.1 9 7.1 6.5 5.5 3.6 3.3 2.7 1.4 1.7 1.6 ตารางที่ ค.10 ทดสอบในสภาวะของเหลวที่ระยะห่างจากหัวฉีด 30 cm. r (mm) -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Velocity (m/s) 1 phase 1.4 1.5 1.5 3.6 6.5 9.6 12.8 15.7 17.3 16.6 13.6 10 6.9 3.8 1.7 1.5 1.6 100 2 phases 1 1.3 2 2.7 7.5 9.2 13.2 14.8 16.9 16.5 13.3 10.4 6.9 3.6 1.9 1.4 1.3 ตารางที่ ค.11 ทดสอบในสภาวะของเหลวที่ระยะห่างจากหัวฉีด 50 cm. r (mm) -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Velocity (m/s) 1 phase 0.8 1.5 1.9 3.3 4.5 6.6 7.6 8.8 10.2 10.8 11.3 10.7 10.2 8 7.1 5.5 3.7 3.1 1.2 1.1 0.8 101 2 phases 0.7 1.3 1.8 3.4 4.8 6.5 7.7 8.8 10.2 10.5 11.2 10.6 10 8.3 7.1 5.4 3.6 3.3 1.8 1.3 1 รูปที่ ค.1 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 10cm (S5) รูปที่ ค.2 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 30cm (S5) รูปที่ ค.3 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 50cm (S5) 102 รูปที่ ค.4 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 10cm (S10) รูปที่ ค.5 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 30cm (S10) รูปที่ ค.6 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 50cm (S10) 103 รูปที่ ค.7 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 10cm (S15) รูปที่ ค.8 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 30cm (S15) รูปที่ ค.9 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 50cm (S15) 104 รูปที่ ค.10 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 10cm (S20) รูปที่ ค.11 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 30cm (S20) รูปที่ ค.12 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 50cm (S20) 105 รูปที่ ค.13 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 10cm (S25) รูปที่ ค.14 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 30cm (S25) รูปที่ ค.15 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 50cm (S25) 106 รูปที่ ค.16 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 10cm (D16) รูปที่ ค.17 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 30cm (D16) รูปที่ ค.18 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 50cm (D16) 107 รูปที่ ค.19 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 10cm (D19) รูปที่ ค.20 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 30cm (D19) รูปที่ ค.21 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 50cm (D19) 108 รูปที่ ค.22 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 10cm (D20) รูปที่ ค.23 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 30cm (D20) รูปที่ ค.24 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 50cm (D20) 109 รูปที่ ค.25 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 10cm (D21) รูปที่ ค.26 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 30cm (D21) รูปที่ ค.27 ผลเปรียบเทียบ Velocity Profile z = 50cm (D21) 110 ภาคผนวก ง การตั้งค่าในการพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) 111 ภาคผนวก ง การตั้งค่าในการพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) รูปที่ ง.1 การตั้งค่า General รูปที่ ง.2 การตั้งค่า Models รูปที่ ง.3 การตั้งค่า Materials 112 รูปที่ ง.4 การตั้งค่า boundary conditions 113 รูปที่ ง.5 การตั้งค่า Solution Methods รูปที่ ง.6 การตั้งค่า Residual Monitors 114 รูปที่ ง.7 การตั้งค่า Solution Initialization รูปที่ ง.8 การตั้งค่า Run Calculation 115

Abstract

An Air-Blast atomizer is a device used in ULV (Ultra-Low Volume) fogging sprayers. It uses the kinetic energy of air to atomize liquid into fine droplets. Currently, Air-Blast atomizers are widely used in disinfection and agricultural applications. However, most of them are imported, resulting in high costs. Therefore, this work aims to design and investigate Air-Blast atomizers that can operate under various working conditions. This work focuses on the effects of five swirler angles (5°, 10°, 15°, 20°, and 25°) and five air injection port diameters (16, 18, 19, 20, and 21 mm) on spray angle and airflow characteristics. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation was conducted, and the results were compared with experimental measurements of airflow velocity profile without liquid. The results indicate that increasing the swirler angles leads to a wider spray angle. In contrast, the effect of air injection port diameters on the spray angle is negligible. For the airflow velocity profile without liquid, both experimental and CFD results show that increasing the swirler angle and air injection port diameter significantly decreases the airflow velocity.

อ้างอิงผลงานนี้ / Cite this

รหัสโปรเจค

TF-2568-004

ชื่อเรื่อง

การออกแบบหัวฉีดแอร์บลาสต์ : มุมสเปรย์และการกระจายตัวของความเร็วอากาศ / Design of an Air-Blast Atomizer : Spray Angle and Single-Air Velocity Profile

ผู้จัดทำ

ดนยา ศิริพานิช, ธีรภัทร์ วงษา, เสฏฐวุฒิ ชลารัตน์, ภูศร จิมีสิก

อาจารย์ที่ปรึกษา

ผศ.ดร.พิสิฐ ยงยิ่งศักดิ์ถาวร

ปีการศึกษา

2568 (C.E. 2025)

หน่วยงาน

ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน-อวกาศ (MAE) มจพ.

URL

https://maeconnect.eng.kmutnb.ac.th/projects/cmoi2rbk900azxtyrl9wk473g