การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 26 ตลาคม 2555 จงหวดเชยงราย

CST 2011

โคดพลศาสตรของไหลเชงคานวณในสภาวะสงถายเพอการศกษาการไหลในรางสงนา CFD Codes on the Transient State for Flow Investigating in the Flumes

อาทตย สนองเดช และ ชาครต สวรรณจารส*

ภาควชาวศวกรรมเครองกล คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยมหดล 25/25 ถ.พทธมณฑลสาย 4 ต.ศาลายา อ.พทธมณฑล จ.นครปฐม 73170

*ตดตอ: chakrit.suv@mahidol.ac.th, โทรศพท 662 889 2138 ตอ 6416, โทรสาร 662 889 2138 ตอ 6429

บทคดยอ การออกแบบรางสงนาในระบบประปา นอกจากจะมงเนนพฤตกรรมการไหลของนาใหเปนแบบปนปวน ในจดทม

การปลอยสารเคมแลว เวลาทใชในการดดนาตงแตเรมตน จนกระทงนามอตราการจายในชองทางสงนาตรงตามความตองการของผใชนาประปา มผลตอการใชพลงงานในระบบสงนาเปนอยางมาก

การศกษาพฤตกรรมการไหลของน าในชองทางสงน า สามารถใชวธพลศาสตรของไหลเชงคานวณ (Computational Fluid Dynamics) หรอ CFD ในการทานายพฤตกรรมการไหล เพอใชในการออกแบบรางสงนา ทาใหสามารถออกแบบรางสงนาทมประสทธภาพ ประหยดพลงงาน และมอตราการจายนาตรงตามความตองการของผใชนาประปา ปจจบนซอฟตแวรเชงพาณชยดาน CFD ไดถกนามาใชในการศกษาการไหลของของไหล และสามารถนามาใชในการออกแบบรางสงนาของระบบประปาได แตซอฟตแวรเชงพาณชยเหลานมราคาเชาซอสง หากนามาใชในการวจยจะทาใหเพมภาระคาใชจายใหกบงานวจยมาก

งานวจยนไดนาเสนอการใชซอฟตแวร OpenFOAM ซงเปนซอฟตแวรโอเพนซอรส (Open Source Software) ทสามารถใชในการศกษาดาน CFD และสามารถนามาประยกตใชกบงานออกแบบรางสงนาได โคดภาษา C++ ไดถกพฒนา และนามาประยกตใชกบการวเคราะหการไหลของนา ในแบบการไหลของของไหลสองชนด (Two Phases Flow) โดยโคดทไดพฒนาในงานวจยน ไดมการใชแบบจาลองราบเรยบ (Laminar model) และแบบจาลองปนปวน (Turbulence model) ชนด k-ε เพอจาลองนาและอากาศในรางสงนาในชวงสงถายการไหล (Transient flow) นอกจากนงานวจยไดมการสงนาในชดทดลองของรางสงนา และนาผลของการเปลยนแปลงของผวนาในชวงสงถายมาเปรยบเทยบความแมนยาของผลการใชโคด CFD ทพฒนาขน โดยใชวธการประมวลผลภาพ (Image processing) ผลการเปรยบเทยบพบวาโคด C++ ทไดพฒนาขนในงานวจยนมคาความคลาดเคลอนเฉลยนอยกวา 11.30% และ 8.21% เมอใชแบบจาลองแบบราบเรยบ และแบบปนปวน ชนด k-ε ในการเปรยบเทยบตามลาดบ ผลทไดเปนการยนยนถงความแมนยาของโคดทงสองทถกพฒนา มผลทยอมรบได และสามารถนาไปประยกตใชกบการออกแบบรางสงนาของระบบประปาภายในประเทศไดตอไป คาหลก: รางสงนา, พลศาสตรของไหลเชงคานวณ, ซอฟตแวร OpenFOAM, การไหลสองชนด, สภาวะสงถาย Abstract The design of flume in the water supply systems not only focus on the location that has the turbulence flow for pouring chemical but also the period at starting until steady flow is very important and affects to the energy loss of the water supply systems. The study of water flow in the flume can used Computational Fluid Dynamics (CFD) method predicts flow to design flume characteristics cause the flumes have efficiency, energy saving and accuracy flow rate. In the present day the commercial CFD software is used to study flow and design flumes of the water supply systems. Unfortunately, this software has a high cost for rent and also increases the cost of the research.

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 26 ตลาคม 2555 จงหวดเชยงราย

CST 2011

This research had used OpenFOAM which was the Open Source software and could be used to study CFD and applied to design flumes. The C++ language had been developed and analyzed two phase flow. The codes were developed in this research had use laminar and k-ε turbulence models for simulating the transient flow of air and water in the flumes. Particularly this research had supply water into laboratory flume models. The image processing method was used to compare water surface in the transient state between CFD codes and experiments. The C++ codes had error less than 11.30% and 8.21% when compared laminar and k-ε turbulence models with the experiments, respectively. These comparison results were the criteria to confirm the accuracy of the both codes that satisfied to use for design flumes of the domestic water supply systems. Keywords: Flumes, CFD, OpenFOAM Software, Two phases flow, Transient

1. บทนา การออกแบบรางสงนาในปจจบนมการใชซอฟทแวร

เ ช งพาณ ชย ด า นพลศาสต รของ ไหล เช ง ค า น วณ (Computational Fluid Dynamics) หรอ CFD โดยระเบยบวธปรมาตรจากด (Finite Volume Method) จาลองการไหลเพอชวยในการออกแบบรปรางของรางสงนา (Flume) ปจจบนแบบจาลองราบเรยบ (Laminar model) และแบบจาลองปนปวน (Turbulent model) เปนแบบจาลอง (Model) ทใชในการจาลองการไหลของของไหล [1-3] การไหลภายในรางสงนาเปนการไหลของของไหลสองชนด (Two phases flow) ซงไดแกนา และอากาศ ดงนนการจาลองการไหลจงตองคานงถงผวของนาซงเปนบรเวณทของไหลสองชนดสมผสกน (Interface) โดยอลกอรทม (Algorithm) ทใชมดวยกนหลายชนด เชน VOF, Level set, Front tracking และ Marker particle เปนตน [4,5] การใชซอฟตแวรคานวณจาเปนตองมการตรวจสอบความแมนยาของผลการคานวณโดยใชวธการวดระดบความสงของผวอสระ (Free surface) ของนาซงไหลผานชดจาลองของรางสงนา [6,7] กระบวนการไหลของนาในรางสงนาของระบบประปา นอกจากพฤตกรรมการไหลเปนแบบปนปวนในจดทมการเตมสารเคมเพอผสมกบนาแลว การไหลในชวงสภาวะสงถาย (Transient state) มผลตอการใชพลงงานในระบบรางสงนามาก เนองจากชวงสงถายระดบความสงของนาในรางสงนาจะมการเพมขนตลอดเวลา ทาใหไมสามารถวดความสงของผวนาไดโดยตรง วธการใชภาพถายโดยใชกระบวนการสรางภาพ (Image processing) จงถกนามาใชในการวดระดบผวนา [8,9] การใชซอฟตแวรเชงพาณชยทมราคาคาเชาซอสง ทาใหเพมภาระคาใชจาย ในการออกแบบรางสงนา งานวจยนไดพฒนาโคด C++ ของ

ซอฟตแวร OpenFOAM ซงเปนซอฟตแวรโอเพนซอรส (Open Source Software) เพอใชศกษาพฤตกรรมการไหลของน า ในรางส งน า ในชวงส ง ถาย โดยการใชแบบจาลองการไหลสองชนด คอ แบบจาลองราบเรยบ และแบบจาลองปนปวน การเปรยบเทยบความแมนยาของซอฟตแวรทไดพฒนาโคด กระทาโดยการใชการทดลอง และใชวธการประมวลผลภาพ (Image processing) จ า ก ภ า พ ถ า ย โ ด ย ใ ช ซ อ ฟ ต แ ว ร SloshDetector [10] โคด C++ ทพฒนาขนสามารถนาไปประยกตใชกบการออกแบบรางสงนาของระบบประปาภายในประเทศไดตอไป

2. แบบจาลองทางคณตศาสตรของการไหล

สมการควบคมนา เว ย ร -ส โตกส ถกใชอธบายพฤตกรรมการไหลของนาในรางสงนา สาหรบการไหลแบบราบเรยบและแบบปนปวน ประกอบดวยสมการกฎทรงมวล (Mass conservation) และสมการโมเมนตม (Momentum equation) 2.1 แบบจาลองราบเรยบ

สมการกฎทรงมวล และสมการโมแมนตมของการไหลแบบราบเรยบสาหรบของไหลสองชนด [11] แสดงดงสมการ (1) และ (2) ตามลาดบ

k

k k.( ) 0U

t

ρρ

∂+∇ =

∂ (1)

เมอ kU คอ เวกเตอรความเรวของการไหล

k คอ สถานะของของไหล (Fluid phase) ρ คอ ความหนาแนนของของไหล

t คอ เวลา

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 26 ตลาคม 2555 จงหวดเชยงราย

CST 2011

k

k k k k k kUU U P

tρ ρ τ

∂+ −∇ = −∇ +∇

∂

k kg Fρ+ + ∑ (2)

เมอ kP∇ คอ ความดนทเปลยนแปลงตามระยะทาง

ของการไหล kτ∇ คอ ความเครยดทเกดจากการไหลผาน ระนาบใด ๆ k

F∑ คอ แรงกระทาภายนอก

2.2 แบบจาลองปนปวน ชนด k-ε สมการของการไหลทมพฤตกรรมปนปวนไดมาจาก

การใชคาเฉลยของความเรว และความดนเนองจากการไหล แทนลงในแบบจาลองราบเรยบของการไหลดวยวธการเฉลยของเรยโนลด (Reynolds Averaging) ทาใหไดสมการกฎทรงมวล และสมการโมเมนตมของการไหลของของไหลสองชนด แสดงดงสมการ (3) และ (4) ตามลาดบ

k

k k.( ) 0U

t

ρρ

∂+∇ =

∂ (3)

k k

k k k( ).( )

mUU U P

t

ρρ

∂+∇ ⊗ = −∇

∂

k k k k T[( )( ( ) )T U Uµ µ+∇ + ∇ + ∇

k k k k k2 2( ) . ]

3 3T U kµ µ δ ρ δ− + ∇ −

k k kg Fρ+ + ∑ (4)

และ k-ε แสดงดวยสมการ (5) และ (6) ตามลาดบ kk k

k k k k k

k

( ).( ) .( )T

kU k k P

t

µρρ

σ

∂+∇ = ∇ ∇ +

∂

k k kG ρ ε+ − (5) kk k

k k k k( ).( ) .( )TU

t ε

µρ ερ ε ε

σ

∂+∇ = ∇ ∇

∂

kk k k k

1 3 2k( ) )C P C G C P

kε ε

εε+ + − (6)

เมอ k k k k k k T

k k k k k

.( ( ( )

2. ( . )

3

T

T

P U U U U

U k U

µ

ρ µ

= ∇ ∇ + ∇ + ∇

− ∇ + ∇

k

k k k

k

k

.TG gµ

ρρ σ

= − ∇

k 2

k k

k

( )T

kCµµ ρ

ε=

และในงานวจยนไดใชคาคงทในสมการ k-ε [12]

10.09, 1.0, 1.3, 1.44kC Cµ ε εσ σ= = = = และ

21.92Cε = ตามลาดบ

อลกอรทม (Algorithm) การสมผสกน (Interface) ระหวางของไหลในงานวจยนไดใชวธ Volume of Fluid (VOF) [13] ในการคานวณปรมาตร (Volume) ของของไหลทไหลผานเขาออกระหวางเซลลเลกๆ โดยกาหนด α เปนสดสวนของของไหลในหนงเซลล (Cell) นนๆ และมคาอยระหวาง 0 ถง 1 ซงมขอกาหนดดงน α = 0 คอ เซลลถกแทนทดวยอากาศทงหมด 0 <α < 1 คอ เซลลมพนผวระหวางนาและอากาศ α = 1 คอ เซลลถกแทนทดวยนาทงหมด คาฟงกชนสเกลาร α สามารถคานวณไดจากสมการ Transport ตามรปแบบดงน

k

.( ) .( (1 ) ) 0sU Ut

αα α α

∂+∇ +∇ − =

∂ (7)

เมอ sU คอ สนามความเรวทผวรอยตอระหวางนาและ

อากาศ สภาวะขอบเขต (Boundary conditions) ของแบบจาลองทสมผสผนงรางสงนา โดยพจารณาความหนดของของไหล สามารถกาหนดดวยเงอนไขขอบทผนง (Wall boundary condition) โดยมรายละเอยดอธบายไวใน [1]

3. อปกรณและวธการทดลอง ในงานวจยนตองการพสจนความถกตองแมนยาของโคดแบบจาลองราบเรยบ และแบบจาลองปนปวน ชนด k-ε ทไดพฒนาขนในซอฟทแวร OpenFOAM กบการไหลของนาในรางสงนาในสภาวะสงถาย ดวยการวดผลการเปลยนแปลงของผวนา (Surface) จากชดทดสอบโดยมอปกรณทใชในการทดลอง คอ รางสงนาสเหลยมแบบเปดชนดอะครลกใสขนาด 55X2500X175 มม. (กวางxยาวxสง) แสดงในรปท 1 พนของรางสงนาสามารถปรบเปลยนปรมาตรของรางสงนาไดโดยการวางทานบ (Weir) สเหลยม ขนาด 55X150X50 มม. และทานบสามเหลยมขนาด 55X225X50 มม. โดยทานบทงสองชนดถกวางทระยะหางจากชองทางนาเขา 50 และ 100 ซม.ตามลาดบ การทดลองทงหมดกาหนดใหมอตราการไหลของนาเขารางสงนา (Inlet flow) คงท 2 ลกบาศกเมตรตอชวโมง ซงบงคบไดดวยการปรบวาลวนา การไหลในสภาวะสงถายในรางสงนาจะทาการบนทกดวย

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 26 ตลาคม 2555 จงหวดเชยงราย

CST 2011

รปท 1 รางสงนาและอปกรณทดลองการไหลผานทานบ กลองบนทกภาพเคลอนไหวแบบดจตอลยหอ Sony รน SteadyShot รหส DSC-W320 ซงมอตราการบนทกภาพ 30 fps และมขนาดภาพ 640X480 pixels (กวางXสง) สมการควบคมการไหลโดยใชแบบจาลองราบเรยบและปนปวนชนด k-ε ถกแปลงใหอยในรปแบบไมตอเนอง (Discretized) ดวยวธปรมาตรจากด (Finite Volume Method) โดยการพฒนาดวยภาษา C++ เพอใชกบซอฟทแวร OpenFOAM ดวยการสรางปรมาตรควบคม (Control volume) ดวยเซลลขนาดเลกใหมรปรางและขนาดเหมอนกบรางสงนาท ถกใชในการทดสอบ ประกอบดวยปรมาตรควบคมรปรางรางสงนาผ านท านบส เหล ยม และของการประมวลผลจะกาหนดเวลาเทากบศนย (t = 0) และกาหนดอตราการไ หลขอ งน า เ ท า ก บ 2 ล กบ าศ ก เ มต รต อ ช ว โ ม ง เชนเดยวกบการทดลอง สดสวนของอากาศ

รปท 2 สภาวะเรมตนของแบบจาลองการไหลในรางสงนา ผานทานบสเหลยม (ก) และสามเหลยม (ข) ทระยะ 50 ซม.

และนา (α) แสดงผลดวยซอฟตแวร ParaView ซงเปนซอฟตแวรโอเพนซอรส เซลลสแดงแทนสถานะของนา และสนาเงนแสดงสถานะของอากาศ คณสมบตของนาและอากาศซงเปนการไหลทมความหนด แสดงในตารางท 1 วธทางอลกอรทม เรยกวา PISO (Pressure Implicit with Splitting of Operators) ไดถกใชแกปญหาแบบเชอมตอกนของความดนและความเรว (Pressure – Velocity couple problem) ของการไหลในรางสงนาผานทานบดงกลาว การประมวลผลทงหมดในงานวจยน ใชคอมพวเตอรทมหนวยประมวลผล (CPU) ของ Intel รน Core 2 T5500 ความเรว 1.66 GHz และมหนวยความจา (RAM) ขนาด 1 GB ตารางท 1 คณสมบตของนาและอากาศ

คณสมบต ρ (kg/m3) µ (N⋅s/m2) ����� 1.18 1.825×10-5 ���� 997 0.901×10-3

4. ผลและการวจารณ

ผลการทดสอบปลอยนาเขารางสงนา ผานทานบสเหลยมทระยะ 50 ซม. ดวยอตราการไหลคงท 2 ลกบาศกเมตรตอชวโมง บนทกภาพและแสดงลาดบภาพผวนาทเคลอนไหว ณ เวลาตางๆ ในรปท 4 สาหรบการไหลผานทานบสเหลยมทตาแหนงเดยวกนแสดงในรปท 5 เมอเพมปรมาตรของรางสงนาในชวงการไหลสงถายโดยทานบทระยะ 50 ซม. ผลการทดลองสามารถบนทก และแสดงลาดบภาพผวนา ทเคลอนไหว ณ เวลาตาง ๆ ในรปท 6 และ 7 สาหรบผลการทดลองปลอยนาเขารางสงนา

รปท 3 สภาวะเรมตนของแบบจาลองการไหลในรางสงนา ผานทานบสเหลยม (ก) และสามเหลยม (ข) ท ระยะ100 ซ.ม.

ชองทางนาเขา

รางสงนา

วาลวนา

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 26 ตลาคม 2555 จงหวดเชยงราย

CST 2011

t = 5 sec

t = 6 sec

t = 7 sec

t = 8 sec

t = 5 sec

t = 6 sec

t = 7 sec

t = 8 sec

t = 7 sec

t = 8 sec

t = 9 sec

t = 10 sec

t = 7 sec

t = 8 sec

t = 9 sec

t = 10 sec

รปท 4 ลาดบภาพผวนาไหลในรางสงนาผานทานบ สเหลยมทระยะ 50 ซม.

รปท 5 ลาดบภาพผวนาไหลในรางสงนาผานทานบ สามเหลยม ทระยะ 50 ซม.

ผานทานบสเหลยม และสามเหลยม ตามลาดบ ผลการคานวณโดยใชแบบจาลองการไหลของรางสงนาทมทานบสเหลยมและสามเหลยมวางหางจากชองทางนาเขา 50 ซม. ดวยแบบจาลองราบเรยบ และปนปวนชนด k-ε สามารถนามาแสดงผลเปนภาพการไหลในราง

รปท 6 ลาดบภาพผวนาไหลในรางสงนาผานทานบ สเหลยมทระยะ 100 ซม.

รปท 7 ลาดบภาพผวนาไหลในรางสงนาผานทานบ สามเหลยม ทระยะ 100 ซม. สงนาชวงสภาวะสงถาย ในรปท 8, 9, 10 และ 11 ตามลาดบ ผลการคานวณของรางสงนาทมทานบสเหลยมและสามเหลยมวางหางจากชองทางนาเขา 100 ซม. ดวยการไหลแบบราบเรยบ และแบบปนปวนชนด k-ε สามารถนา

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 26 ตลาคม 2555 จงหวดเชยงราย

CST 2011

t = 5 sec

t = 6 sec

t = 7 sec

t = 8 sec

รปท 8 ลาดบภาพการจาลองการไหลในรางสงนาผาน ทานบสเหลยม ทระยะ 50 ซม. โดยใช แบบจาลองราบเรยบ

t = 5 sec

t = 6 sec

t = 7 sec

t = 8 sec

รปท 9 ลาดบภาพของแบบจาลองการไหลในรางสงนา ผานทานบสเหลยม ทระยะ 50 ซม. โดยใช แบบจาลองปนปวน ชนด k-ε มาแสดงผลเปนภาพการไหลในรางสงนาชวงสภาวะสงถาย ในรปท 12, 13, 14 และ15 ตามลาดบ บรเวณผวนาของแบบจาลองราบเรยบในสภาวะสงถาย จะเหนผวนากระเพอมเปนคลน (รปท 8, 10, 12, 14) ภาพผวนาในชวงสงถายทไดจาก CFD และจากการทดสอบ ถกนามาเปรยบเทยบโดยใชตาแหนงของผวนาทเวลาใกลเคยงกนเพอกาหนดความแมนยาของแบบจาลองการไหลในสภาวะสงถาย การเปรยบเทยบผลของรางสงนาทมทานบสเหลยมระยะ 50 ซม. แสดงไดดวยกราฟความความสมพนธของความสงและระยะตงแตนาเขาจน

t = 5 sec

t = 6 sec

t = 7 sec

t = 8 sec

รปท 10 ลาดบภาพการจาลองการไหลในรางสงนา ผานทานบสามเหลยม ทระยะ 50 ซม. โดยใช แบบจาลองราบเรยบ

t = 5 sec

t = 6 sec

t = 7 sec

t = 8 sec

รปท 11 ลาดบภาพของแบบจาลองการไหลในรางสงนา ผานทานบสามเหลยม ทระยะ 50 ซม. โดยใช แบบจาลองปนปวนชนด ชนด k-ε ถงทานบ ณ เวลาตาง ๆ ในรปท 16-19 คาความคลาดเคลอนของแบบจาลองการไหล จากผลการทดลองของกรณศกษาแตละกรณ แสดงไดในตารางท 2

5. สรปผล การจาลองการไหลโดยใชแบบจาลองท งแบบราบเรยบ และปนปวน ชนด k-ε รวมกบอลกอรทม VOF ทไดถกพฒนาโคด C++ ดวยวธ FVM สาหรบใชวเคราะหการไหลของของไหลสองชนด ในงานวจยนสามารถนาไปใชดวยโปรแกรม OpenFOAM ซงเปนโปรแกรมโอ-

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 26 ตลาคม 2555 จงหวดเชยงราย

CST 2011

t = 7 sec

t = 8 sec

t = 9 sec

t = 10 sec

รปท 12 ลาดบภาพการจาลองการไหลในรางสงนาผาน ทานบสเหลยม ทระยะ 100 ซม. โดยใช แบบจาลองราบเรยบ

t = 7 sec

t = 8 sec

t = 9 sec

t = 10 sec

รปท 13 ลาดบภาพของแบบจาลองการไหลในรางสงนา ผานทานบสเหลยม ทระยะ 100 ซม. โดยใช แบบจาลองแบบปนปวน ชนด k-ε เพนซอรสทางดาน CFD ทไมมคาลขสทธ ผลของแบบจาลองทงสองเมอนาไปเทยบผลทไดจากการทดลอง โดยใชคาความสงของนาทเพมขนดานหนาทานบชนดสเหลยม และสามเหลยม ดวยวธการสมเลอกทเวลาสคาแตละทานบของรางสงนา พบวาแบบจาลองราบเรยบมคาความคลาดเคลอนเฉลยนอยกวา 11.30% และแบบจาลองปนปวนชนด k-ε มคาความเคลอนเฉลยนอยกวา 8.21% คาความคลาดเคลอนของ CFD โคดทเกดขน มคาใกลเคยงกบผลการทดลองจรงในระดบทยอมรบได ซงสามารถพสจนไดวา แบบจาลองราบเรยบ และปนปวนมความแมนยาในระดบทสามารถนาไปใชจาลองการไหลในรางสงนาไดจรง นอกจากนยงพบวาแบบจาลองปนปวน

t = 7 sec

t = 8 sec

t = 9 sec

t = 10 sec

รปท 14 ลาดบภาพการจาลองการไหลในรางสงนาผาน ทานบสามเหลยม ทระยะ 100 ซม. โดยใช แบบจาลองราบเรยบ

t = 7 sec

t = 8 sec

t = 9 sec

t = 10 sec

รปท 15 ลาดบภาพของแบบจาลองการไหลในรางสงนา ผานทานบสามเหลยม ทระยะ 100 ซม. โดยใช แบบจาลองปนปวน ชนด k-ε ชนด k-ε สามารถใชงานไดดในชวงการไหลแบบสงถาย ในการจาลองการไหลของผวนา ซงมทศทางการไหลสวนทางกบนาทไหลเขารางสงนา ทาใหเกดความปนปวนของทศทางการไหลบรเวณผว แตเนองดวยแบบจาลองปนปวนใชคาเฉลยในการคานวณ จงไมเกดการกระเพอมของผวนาเหมอนแบบจาลองราบเรยบ ผลของการจาลองการไหลทงสองวธ สรปไดวาโคดแบบจาลองการไหล ทถกพฒนาดวยภาษา C++ ตามวธ FVM ในโอเพนซอรสซอฟตแวร (OpenFOAM) ทงแบบจาลองราบเรยบ และ แบบจาลองปนปวน ชนด k-ε สามารถเลอกนาไปใชพฒนาการออกแบบ และปรบปรงรางสงนาใหตรงตามความตองการใชงานของระบบประปาไดตอไป

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 26 ตลาคม 2555 จงหวดเชยงราย

CST 2011

รปท 16 กราฟแสดงความสงของนาดานหนาทานบ สเหลยมทระยะหางจากทางเขา 50 ซม.

รปท 17 กราฟแสดงความสงของนาดานหนาทานบ สามเหลยมทระยะหางจากทางเขา 50 ซม.

รปท 18 กราฟแสดงความสงของนาดานหนาทานบ สเหลยมทระยะหางจากทางเขา 100 ซม. รปท 19 กราฟแสดงความสงของนาดานหนาทานบ สามเหลยมทระยะหางจากทางเขา 100 ซม.

t = 5 sec

t = 6 sec

t = 7 sec

t = 8 sec

t = 5 sec

t = 7 sec

t = 6 sec

t = 8 sec

t = 10 sec

t = 9 sec

t = 8 sec

t = 7 sec

t = 7 sec

t = 9 sec

t = 8 sec

t = 10 sec

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 26 ตลาคม 2555 จงหวดเชยงราย

CST 2011

ตารางท 2 คาความคลาดเคลอนของความสงผวนาทได จากการจาลองการไหล ในรางสงนาผานทานบ

กรณศกษา คาความคลาดเคลอน (%)

แบบจาลอง ราบเรยบ

แบบจาลองปนปวน ชนด k-ε

รางสงนาทมทานบสเหลยม ระยะ 50 ซม.

12.17 9.70

รางสงนาทมทานบสาม เหลยม ระยะ 50ซม.

13.47 12.20

รางสงนาทมทานบส เหลยม ระยะ 100 ซม.

9.94 5.96

รางสงนาทมทานบสาม เหลยม ระยะ 100 ซม.

9.63 4.97

6. เอกสารอางอง

[1] Versteeg, H.K. and Malalasekera, W., 1995, An introduction to computational fluid dynamics, the finite volume method. Harlow: Longman Scientific & Technical. [2] Ferziger, J.H. and Peri, M., (1996), Computational methods for fluid dynamics. Heidelberg: Springer. [3] Anderson Jr., J.D. (1995). Computational fluid Dynamics: The basics with applications,McGraw-Hill, New York. [4] Gopala, V.R. and Berend, G.M.V. (2008). Volume of fluid methods for immiscible–fluid and free–surface flows, Chemical Engineering Journal, Vol. 141, December 2007, pp. 204-221. [5] Haun, S., Nils, R.B.O. and Robert, F. (2011). Numerical modeling of flow over trapezoidal broad-crested weir, Engineering Application of Computational Fluid Mechanics, Vol. 5, April 2011, pp.397-405. [6] Sarker, M.A. and Rhodes, D.G. (2004). Calculation of free-surface profile over a rectangular broad-crested weir, Flow Measurement and Instrumentation, vol.15, February 2004, pp. 215-219. [7] Srivastava, R.R., Schneider, N.M. and Kandlikar, S.G. (2007).Numerical simulation of single phase liquid flow in narrow rectangular channels with structure roughness walls, paper presented in

the ASME 2009 7th International Conference on Nanochannels, Microchannels and Minichannels (ICNMM2009), Pohang, South Korea. [8] Threepopnartkul, K. and Suvanjumrat, C. (2010). Development and validation of a C++ object oriented CFD codes for two dimension fluid sloshing simulations, paper presented in The 36th Congress on Science and Technology of Thailand, Bangkok, Thailand. [9] Threepopnartkul, K. and Suvanjumrat, C. (2010). The effect of baffles on fluid sloshing inside the moving rectangular tank, paper presented in The 2nd TSME International Conference on Mechanical Engineering, Krabi, Thailand. [10] Suvanjumrat, C. and Puttapitukporn, T. (2010). Sloshing surface monitoring using image processing, paper presented in the 1st TSME international conference on mechanical engineering, Ubon Ratchathani, Thailand. [11] Launder, B.E. and Sharma, B.I. (1974). Application of the energy dissipation model of turbulence to the calculation of flow near a spinning disc, Letter in Heat and Mass Transfer, vol. 1, pp. 131-138. [12] Rodi, W. (1984). Turbulence Models and their Application in Hydraulics, Second ed., IAHR, Delft, The Netherlands. [13] Hirt, C.W. and Nichols, B.D., Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries, J. Computational Physics, Vol. 39, 1981, pp. 201–225.