การศึกษาการพาความร้อนแบบอิสระโดยใช้ผลึกเหลวเป็นสารแขวนลอยในของไหล

A study of free convection using Thermochromic Liquid Crystals as dilute suspension in a fluid

Name: วีรชัย ชัยวรพฤกษ์

Organization : มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. คณะวิศวกรรมศาสตร์

Name: ชวลิต กิตติชัยการ

Organization : มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. คณะวิศวกรรมศาสตร์

Email : fengclk@ku.ac.th

keyword: เทคนิคการวัดอุณหภูมิ

ThaSH: ผลึกเหลว

; การแสดงลักษณะการไหล

ThaSH: ความร้อน -- การพา

Abstract: งานวิจัยนี้นำเสนอเทคนิคการประยุกต์ใช้ผลึกเหลว (Thermochromic Liquid Crystals) มาผสมให้เป็นสารแขวนลอยในน้ำเพื่อใช้ในการศึกษาการถ่ายเทความร้อนของน้ำเมื่อมีการพาความร้อนแบบอิสระ ในการศึกษามีการทำการทดลองและการวิเคราะห์ด้วยโปรแกรมสำเร็จรูปทางด้านพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (Computational Fluid Dynamics, CFD) เพื่อเปรียบเทียบความถูกต้องแม่นยำของเทคนิคใหม่ที่ได้นำเสนอ ในส่วนของการทดลองนั้นผลึกเหลวจะถูกนำมาผสมกับน้ำซึ่งเป็นตัวกลางในการพาความร้อนแบบอิสระระหว่างแผ่นระนาบร้อน 2 แผ่นที่เลขไรย์ลี่เท่ากับ 4.8*107 การกระจายอุณหภูมิของน้ำผสมผลึกเหลวระหว่างแผ่นระนาบทั้งสองนี้จะอาศัยการเปลี่ยนแปลงเชิงกลของโครงสร้างเชิงโมเลกุลของผลึกเหลวซึ่งขึ้นกับอุณหภูมิ ดังนั้นเมื่อมีแสงขาวซึ่งฉายเป็นระนาบบางลงบนน้ำซึ่งมีผลึกเหลวเป็นสารแขวนลอยจะทำให้เกิดการสะท้อนของสีของผลึกเหลวที่แตกต่างกัน เมื่อประมวลผลภาพด้วยโปรแกรมการประมวลผลภาพที่ได้พัฒนาขึ้น และนำไปสอบเทียบกับอุณหภูมิค่าต่างๆ แล้วจะทำให้ได้ข้อมูลการกระจายอุณหภูมิของน้ำที่อยู่ระหว่างแผ่นระนาบร้อนทั้งสองได้อย่างละเอียดแบบที่ไม่สามารถได้จากอุปกรณ์วัดอุณหภูมิใดๆ การกระจายอุณหภูมินี้สามารถนำไปคำนวณหาค่าตัวเลขนัสเซลท์ (Nusselt Number) สำหรับการพาความร้อนแบบอิสระภายในพื้นที่ปิดระหว่างแผ่นระนาบร้อน 2 แผ่นได้ จากผลการทดลองและการวิเคราะห์ด้วยโปรแกรมทาง CFD พบว่าค่าการกระจายอุณหภูมิของน้ำผสมผลึกเหลวภายใต้การพาความร้อนแบบอิสระมีค่าที่สอดคล้องกัน มีรูปแบบการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของน้ำในทิศทวนเข็มนาฬิกาที่เหมือนกัน จากผลการทดลองพบว่าค่าตัวเลขนัสเซลท์เฉลี่ยของการพาความร้อนแบบอิสระภายในพื้นที่ปิดที่ผนังเย็นและร้อนมีค่า 19.24 และ 20.28 ตามลำดับ ซึ่งสอดคล้องกับค่าที่ได้จากการวิเคราะห์ด้วยโปรแกรมทาง CFD ดังนั้นเทคนิคการประยุกต์ใช้ผลึกเหลวเป็นสารแขวนลอยนี้สามารถให้ผลที่ได้ทั้งปริมาณและคุณภาพ ให้รายละเอียดและความถูกต้องแม่นยำมากกว่าการใช้อุปกรณ์วัดอุณหภูมิอื่นๆ เทคนิคนี้ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับการไหล 3 มิติ และการไหลที่ซับซ้อนได้อีกด้วย

Abstract: This paper presents a technique using thermochromic liquid crystals (TLCs) as dilute suspension in a water. The study focuses on a free convection heat transfer of water mixed with TLCs in a cubic enclosure. Commercial package of Computational Fluid Dynamics programme, FLUENT was used to compare the accuracy of the new technique. The experiment was carried out in the test cell between 2 heated plates under Rayleigh number of 4.8*107. The temperature distribution of the mixture is shown by physical changing of molecular structure of TLCs. When the white light is illuminated on the working fluid, light of only one particular wavelength corresponding to its temperature is reflected. The image processing programme was developed to calibrate the relationship between Hue and water temperature. The whole temperature mapping, which cannot be obtained from any other temperature measuring devices, is revealed simultaneously by dispersed TLCs. The local and average Nusselt numbers near both hot and cold walls are presented. From the results obtained, it was found that the temperature profiles in the test cell, obtained from TLCs and computer simulation are consistent. Moreover, both results showed that the working fluid flows in a counter-clockwise direction. TLCs showed that the average free convective Nusselt numbers on cold and hot walls are 19.24 and 20.28 respectively. They agree well with the numerical results. This is indicated that the technique of applying TLCs as dilute suspension in water can provide temperature information in both quantity and quality. Moreover, this technique can also be applied to study both the 3D and complex flows.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ. สำนักหอสมุดกลาง

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: library@kmutnb.ac.th

Created: 2554

Modified: 2019-08-22

Issued: 2562-08-21

บทความ/Article

application/pdf

BibliograpyCitation : ใน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ และสมาคมวิศวกรเครื่องกลไทย. การประชุมวิชาการเครือข่ายวิศวกรรมเครื่องกลแห่งประเทศไทย ครั้งที่ 25 (ME-NETT 2011) (TSF68). กระบี่ : มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

tha

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	ME-NETT 2011TSF68.pdf	702.42 KB	1	2020-07-09 09:00:57

ใช้เวลา

0.026204 วินาที