การออกแบบโบลเวอร์แรงเหวี่ยงหนีศูนย์สำหรับเครื่องช่วยหายใจแบบกล

A Design of centrifugal blower for mechanical ventilator

Name: เจษฎากร อิ่มแสงสุข

keyword: ใบพัดโบลเวอร์

LCSH: Centrifugal compressors.

; ใบพัดระบายความร้อน

ThaSH: เครื่องช่วยหายใจ -- การทำความร้อนและการระบายอากาศ

ThaSH: พลศาสตร์ของไหลเชิงการคำนวณ

ThaSH: คอมเพรสเซอร์ -- พลศาสตร์

Abstract: งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบโบลเวอร์ที่เหมาะสมสำหรับใช้ในเครื่องช่วยหายใจ เริ่ม จากการกำหนดสมรรถนะเป้าหมาย ได้แก่ ความดันและอัตราการไหลที่โบลเวอร์ควรทำได้จาก การศึกษาความต้องการของผู้ป่วย, มาตรฐานเครื่องช่วยหายใจ ASTM F 1100-90 และสมรรถนะ โบลเวอร์ที่ใช้ในเครื่องช่วยหายใจในท้องตลาด โดยสมรรถนะเป้าหมายที่เลือกใช้ คือ ความต่างความ ดันสถิตย์ที่ 9,600 Pa และอัตราการไหลที่ 0.00247 m3/s ในความเร็วรอบ 120,000 rpm ต่อมาการ ใช้ Cordier diagram จะใช้เพื่อกำหนดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางโรเตอร์และประเภทของเครื่องจักร ทำให้ทราบได้ว่าโบลเวอร์ที่ออกแบบเป็นโบลเวอร์แรงเหวี่ยงหนีศูนย์ จากนั้นการสร้างรูปทรงโบลเวอร์ จะอ้างอิงทฤษฎีการออกแบบโบลเวอร์ต่างๆ และใช้โปรแกรมพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ ANSYS FLUENT ในการทดสอบสมรรถนะ ซึ่งปัจจัยต่างๆที่ส่งผลต่อคำตอบจะได้รับการตรวจสอบด้วยการ ยืนยันการลู่เข้าของผลเฉลย, การศึกษาจำนวนเมชที่ไม่ส่งผลต่อคำตอบ และการเปรียบเทียบการตั้ง ค่าเงื่อนไขอื่นๆ ได้แก่ เงื่อนไขการไหลแบบอัดตัวและสไลด์ดิ้งเมช โดยสรุปได้ว่าแบบจำลองสามารถ ให้คำตอบได้ถูกต้อง จากนั้นแบบจำลองได้รับการสอบเทียบด้วยการทดสอบสมรรถนะโบลเวอร์ WS7040 เทียบกับการทดสอบจริงและข้อมูลของผู้ผลิต พบว่าแบบจำลองสามารถทำนายสมรรถนะ WS7040 ได้ใกล้เคียงกับความเป็นจริง มีความคลาดเคลื่อนอยู่ที่ 18 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับการ ทดสอบจริง และ 8 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับข้อมูลของผู้ผลิต แบบจำลองเมื่อผ่านการตรวจสอบและ สอบเทียบแล้ว จะนำไปใช้ในการทดสอบสมรรถนะโบลเวอร์ที่ออกแบบ โดยโบลเวอร์สามารถสร้าง ความต่างความดันสถิตย์ที่ 10,517 Pa และอัตราการไหลที่ 0.00247 m3/s ในความเร็วรอบ 120,000 rpm มีประสิทธิภาพทางกลสูงสุดอยู่ที่ 65.2 เปอร์เซ็นต์ สุดท้ายจะจำลองสมรรถนะโบลเวอร์ที่อัตรา การไหลอื่นๆเพื่อจัดทำกราฟสมรรถนะ และใช้กฎของพัดลม (Fan’s law) เพื่อสร้างกราฟสมรรถนะที่ ความเร็วรอบอื่นๆ เทียบกับความดันและอัตราการไหลที่ผู้ป่วยต้องการและจากมาตรฐานเครื่องช่วย หายใจ โดยพบว่าโบลเวอร์ที่ออกแบบสามารถทำงานได้ครอบคลุมทั้งหมด

Abstract: The objective of this research is to design a blower for use in a mechanical ventilator. First, chose the blower's performance target, namely pressure and flowrate, by researching the requirements of patients, ASTM F 1100-90 standard, and performance of blowers used in ventilator on the market. The blower's performance target was determined to be a static pressure difference of 9,600 Pa and a flowrate of 0.00247 m3/s at 120,000 rpm. The Cordier diagram was then used to determine the diameter of the rotor and the type of turbomachine. It was known that the blower was designed as a centrifugal blower. Following that, the blower geometry was generated and simulated to predict its performance by using the computational fluid dynamic (CFD) program ANSYS FLUENT. Many factors influencing correct solutions are verified by checking results convergence, mesh independent study, and comparing other simulation settings, including compressible flow, and sliding mesh condition. The simulation setting was then validated using a WS7040 blower to predict its performance compared with actual testing and manufacturer data. When comparing simulation results to manufacturing performance data, there is an 8 percent error and an 18 percent error when comparing simulation results to experiment performance data. The simulation was utilized to predict the blower performance after it had been verified and validated. The simulation result showed the blower can generate 10,517 Pa static pressure difference and 0.00247 m3/s flowrate at 120,000 rpm rotational speed. Other flowrates were tested for generating a performance curve of the blower and using Fan's laws to predict performance at different speeds. Finally, the performance curves were compared to the requirements of the patients and the standard, demonstrating that the blower can meet all requirements.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ. สำนักหอสมุดกลาง

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: library@kmutnb.ac.th

Name: ต้นคิด จันทรัศมี

Role: ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์

Email : tonkid.c@eng.kmutnb.ac.th

Created: 2566

Modified: 2567-11-08

Issued: 2567-11-08

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตร์มหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเครื่องกล

Grantor: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	B17670044.pdf	9.96 MB

ใช้เวลา

0.019114 วินาที