สำนักราชบัณฑิตยสภา

การไหลแบบสองเฟสโดยไม่มี การเดื อดในช่องทางการไหลขนาดเล็ กมาก 68 The Journal of the Royal Institute of Thailand Vol. 37 No. 4 Oct-Dec 2012 หนึ่งในงานวิจัยที่น� ำเสนอมากที่สุดของแผนที่การไหลของท่อที่มีขนาดใหญ่ คือ งานวิจัยของ Mandhane et al. [4] โดยมีจ� ำนวนข้อมูลในแผนที่มากกว่า ๕,๙๐๐ จุดของท่อแนวนอนที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ๑๒.๗-๑๖๕.๑ มิลลิเมตร ต่อมา Taitel and Dukler [5] รวมถึง Weisman et al . [6] ได้พัฒนาทฤษฏี แบบจ� ำลองเพื่อที่จะหาช่วงการเปลี่ยนแปลงการไหลแบบสองเฟสส� ำหรับท่อขนาดใหญ่ขึ้น งานวิจัยในช่วงแรกที่มีการอธิบายพฤติกรรมการไหลในช่องทางการไหลขนาดเล็ก คือ งานวิจัย ของ Barnea et al. [7] ที่สภาวะ แอเดียแบติก ( adiabatic) โดยได้อธิบายการไหลแบบผสมกันของน�้ ำและ อากาศในท่อกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ๔-๑๒.๕ มิลลิเมตร ที่มีการวางทั้งในแนวตั้งและแนวดิ่ง โดยมี การเปรียบเทียบผลกับแผนที่การไหลที่พัฒนาโดย Mandhane et al. [4] และ Transition model ของ Taitel and Dukler [5] ซึ่งผลการเปรียบเทียบพบว่าโมเดลมีความสอดคล้องกัน งานวิจัยในช่วงที่ผ่านมามีการพัฒนาแผนที่การไหลในช่องทางการไหลที่เล็กลงเรื่อย ๆ อย่าง ในงานวิจัยของ Yue et al. [8] ได้ศึกษารูปแบบการไหลและความดันลดในช่องทางการไหลที่มีขนาด เส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิกส์ของท่อสี่เหลี่ยมเท่ากับ ๖๖๗, ๔๐๐ และ ๒๐๐ ไมโครเมตร โดยใช้การ เก็บภาพการไหลสองเฟสของน�้ ำและ CO 2 ด้วยกล้องความเร็วสูง พบว่าการไหลที่ได้เป็น bubbly, slug, slug-annular, churn และ annular flow ตามล� ำดับ โดยสรุปว่าแผนที่การไหลนั้นควรใช้ Weber number ในการพล็อตค่าทั้งสองแกนเพราะได้ค่าที่สอดคล้องกันกว่าการใช้ความเร็วผิว (superficial velocity) ของของเหลวและแก๊ส โดยในช่องทางการไหลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิกส์ของท่อสี่เหลี่ยมเท่ากับ ๖๖๗ ไมโครเมตร สามารถใช้โมเดลของ Akbar et al. [9] ในการท� ำนายการเปลี่ยนแปลงขอบเขตของ รูปแบบการไหล แต่เมื่อช่องทางการไหลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิกส์ของท่อสี่เหลี่ยมลดลง โมเดล ของ Akbar ก็จะมีความแม่นลดลงด้วย ในช่องทางการไหลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางวงกลมเท่ากับ ๑๐๐ ไมโครเมตร โดยมีสารท� ำงานที่ไหล แบบสองเฟสเป็นแก๊สไนโตรเจนและน�้ ำ มีการท� ำการทดลองโดย Kawahara et al. [10] รวมถึง Chung and Kawaji [11] โดย Kawahara ได้ผลการทดลองเป็นรูปแบบการไหลแบบ slug-ring, ring-slug, semi-annular และ multiple flow ส่วน Chung ได้รูปแบบการไหลแบบ slug, churn, slug-annular และ annular flow งานวิจัยทั้งสองสรุปตรงกันว่า ในช่องทางการไหลขนาด ๑๐๐ ไมโครเมตร ไม่สามารถท� ำให้เกิดรูปแบบ การไหลที่เป็น bubbly ได้ โดยรูปแบบการไหลช่วงเริ่มต้นเมื่อมีการปรับความเร็วของไนโตรเจนและแก็ส ต�่ ำ ๆ จะเป็น slug flow ในช่องทางการไหลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิกส์ของท่อสี่เหลี่ยมอยู่ในช่วง ๒๐๐-๖๖๗ ไมโครเมตร โดยมีน�้ ำและอากาศเป็นสารท� ำงาน ได้มีการท� ำงานวิจัยโดย Cubaud and Ho [12] ได้รูปแบบ การไหลเป็น bubbly, wedging, slug, annular flow และ dry โดยได้สรุปว่าขอบเขตของการเปลี่ยนแปลง รูปแบบการไหลมีความสัมพันธ์ต่อขนาดของช่องทางการไหล และยังถูกก� ำหนดได้โดยความสัมพันธ์ในขนาด ของอัตราการไหลของน�้ ำและอากาศอีกด้วย