Abstract:
โครงการวิจัยนี้เป็นการออกแบบ สร้างและทดลองเกี่ยวกับอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน
แบบกลุ่มท่อในหัวพ่นไฟวัสดุพรุนเชื้อเพลิงแก๊สโดยใช้อากาศเป็นสารทำงานและใช้แอลพีจี (LPG)
เป็นเชื้อเพลิง เพื่อศึกษากลไกลการเผาไหม้ของหัวพ่นไฟ และประสิทธิผล (effectiveness, ε)
ของอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน ด้วยเหตุนี้อุปกรณ์การทดลอง จึงแบ่งออกได้ 3 ขอบเขตที่สำคัญ
ได้แก่ ขอบเขตที่หนึ่งเป็นส่วนที่ป้อนเชื้อเพลิง (fuel injection zone) ขอบเขตที่สองเป็นการอุ่นไอดี
หรือตำแหน่งการติดตั้งวัสดุพรุน (porous burner zone) และขอบเขตสุดท้ายคือการเผาไหม้และ
การแลกเปลี่ยนความร้อน (combustion and heat exchanger zone) วัสดุพรุนที่ใช้ในการศึกษา
เป็นแบบเม็ดกลมอัดแน่นที่ทำมาจากอะลูมินา-คอร์ดิไรท์ (Alumina-Cordierite, Al-Co) ซึ่งมีขนาด
เส้นผ่าศูนย์กลางเฉลี่ยเท่ากับ 7 (Al-Co#07) และ 19 mm. (Al-Co#19) โดยมีค่าความพรุน
(porosity, φ) เป็น 0.395 และ 0.513 ตามลำดับ อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนเป็นแบบกลุ่มท่อ
มีจำนวนแถวในแนวตั้ง (NT) และ ในแนวนอน (NL) เท่ากับ 3 และ 8 แถว จากการศึกษาพบว่า
โครงสร้างทางอุณหภูมิ (T) ของหัวพ่นไฟทั้งสอง มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามอัตราส่วนสมมูล (Φ) และ
อัตราเร็วเชิงปริมาตรของเชื้อเพลิงแก๊สผสมก่อน (Vmix) ที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากระบบได้รับเชื้อเพลิงใน
ปริมาณที่เพิ่มขึ้นทำให้การเผาไหม้มีความรุนแรงและสมบูรณ์ยิ่งขึ้น แต่ T มีแนวโน้มลดลง เมื่ออัตรา
การไหลของอากาศผ่านอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน (QAH) เพิ่มขึ้น เพราะอากาศได้พาความร้อนจาก
เปลวไฟออกไปได้มากขึ้นในขณะที่ไหลผ่านอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน สำหรับค่า ε มีแนวโน้ม
สูงขึ้นตาม Φ และ Vmix ที่เพิ่มขึ้น มีสาเหตุมาจากอากาศได้รับพลังงานหรือความร้อนมากขึ้น
จากเปลวไฟที่มีระดับอุณหภูมิสูงขึ้น แต่ ε กลับมีแนวโน้มลดลงตาม QAH ที่เพิ่มขึ้น เพราะอากาศใช้
เวลาน้อยในการรับพลังงานหรือความร้อนจากเปลวไฟ นอกจากนี้ยังพบว่าขอบเขตการเผาไหม้
ของหัวพ่นไฟวัสดุพรุนกรณี Al-Co #07 กว้างกว่ากรณี Al-Co #19
The tube banks heat exchanger installed on a gas porous burner was
designed, developed and tested in this research to investigate the combustion
phenomena and the effectiveness (e) of the heat exchanger. Surrounding air was
used as the working fluid and LPG was adopted as fuel. The experimental apparatus
was divided into 3 parts. The first part was fuel Injection zone. Preheat mechanism
and the packing porous media was the second part called as a porous burner zone.
The final part was combustion and heat exchanger zone. The examined porous
media in the present study was Alumina-Cordierite (Al-Co) with two different average
diameters, i. e., 7 (Al-Co#07) and 19 mm (Al-Co#19), and porosity (φ) were 0.395 and
0.513 respectively. The numbers of tubes in the transverse plane (NT) and in the flow
direction (NL) were 3 and 8 rows. From the study, it was found that temperature
profile (T) was increased with equivalent ratio (Φ) and volumetric premixed-gas
velocity (Vmix). It was clarified by a higher quantity of fuel supplying into burner
leading to a better combustion. But, the trend of T was decreased with the air flow
rate fed into heat exchanger (QAH) increasing because the heat loss from flame was
obtained by the convection of air flowing pass a heat exchanger. The amount of ε
was increased with Φ and Vmix owing to air can be much absorbed energy from a
higher combustion temperature. However, the amount of ε was decreased as
increasing QAH because the effect of the little time of air for absorption the energy
from the flame. In addition, the flammability limit of the Al-Co#07 case was wider
than the Al-Co#19 case.