การไหลแบบปั่นป่วน (Turbulent flow) คืออะไร ? สำคัญอย่างไรกับการวัดอัตราการไหล

การไหลแบบปั่นป่วน (Turbulent flow) เป็นปรากฏการณ์สำคัญที่มีผลกระทบอย่างมากต่อการวัดอัตราการไหลในกระบวนการอุตสาหกรรมต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม การทำความเข้าใจเกี่ยวกับลักษณะของการไหลแบบปั่นป่วนและผลกระทบต่อการวัดอัตราการไหลจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับวิศวกรและผู้ปฏิบัติงานในภาคอุตสาหกรรม

Turbulent flow คืออะไร ?

การไหลแบบปั่นป่วน หรือ Turbulent flow คือ รูปแบบการไหลที่มีลักษณะไม่เป็นระเบียบ เกิดขึ้นเมื่อของไหลมีความหนืดต่ำและไหลด้วยความเร็วสูง หรือเมื่อขนาดของท่อที่ของไหลผ่านมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับปริมาณของไหล ในการไหลแบบนี้ ทิศทางและความเร็วของของไหลจะมีความไม่แน่นอน และเกิดการผสมกันระหว่างชั้นของของไหลขณะเคลื่อนที่ ลักษณะเฉพาะนี้ส่งผลให้การวัดอัตราการไหลมีความซับซ้อนมากขึ้น

การพิจารณาการไหล Turbulent flow ด้วยตัวเลขเรย์โนลด์

ในการระบุว่าการไหลเป็นแบบปั่นป่วนหรือไม่ นิยมใช้ค่าตัวเลขเรย์โนลด์ (Reynolds number, Re) เป็นตัวบ่งชี้ โดยค่า Re ที่มากกว่าหรือเท่ากับ 4000 จะแสดงถึงการไหลแบบปั่นป่วน(Turbulent flow) ในขณะที่ค่า Re น้อยกว่าหรือเท่ากับ 2000 จะบ่งชี้ถึงการไหลแบบราบเรียบ (Laminar flow) ตัวเลขเรย์โนลด์นี้คำนวณจากความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติของของไหล เช่น ความหนาแน่น ความหนืด ความเร็วของการไหล และขนาดของท่อ

ผลกระทบของการไหลแบบปั่นป่วนต่อการวัดอัตราการไหล

Turbulent flow ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการวัดอัตราการไหล ทำให้การเลือกใช้และการติดตั้ง Flow meter ที่เหมาะสมมีความสำคัญมากขึ้น ผลกระทบหลักๆ ได้แก่:

1. ความไม่สม่ำเสมอของการไหล: ทำให้การวัดมีความแปรปรวนสูง
2. การเกิดฟองอากาศ: อาจรบกวนการทำงานของ Flow meter บางประเภท
3. การสึกหรอของอุปกรณ์: การไหลแบบปั่นป่วนอาจเร่งการสึกหรอของชิ้นส่วนใน Flow meter
4. ความดันตกคร่อม (Pressure drop): Flow meter บางชนิดอาจทำให้เกิดความดันตกคร่อมสูงในระบบที่มี Turbulent flow

การเลือก Flow meter สำหรับ Turbulent flow

การเลือก Flow meter ที่เหมาะสมสำหรับการวัดการไหลแบบปั่นป่วนเป็นสิ่งสำคัญ โดยต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ ดังนี้:

1. ความทนทานต่อการไหลแบบปั่นป่วน
2. ความแม่นยำในการวัดภายใต้สภาวะการไหลที่ไม่สม่ำเสมอ
3. ความสามารถในการทนต่อแรงสั่นสะเทือนและความดันที่ผันผวน
4. ความเหมาะสมกับลักษณะเฉพาะของของไหลและกระบวนการผลิต

ประเภทของ Flow meter ที่เหมาะสมสำหรับ Turbulent flow

1. มาตรวัดการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Flow meter)
   • เหมาะสำหรับของเหลวที่นำไฟฟ้า
   • ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ ทนทานต่อการไหลแบบปั่นป่วน
   • ให้ความแม่นยำสูงแม้ในสภาวะการไหลแบบปั่นป่วน
2. มาตรวัดการไหลแบบคอริออลิส (Coriolis Flow meter)
   • วัดมวลของของไหลโดยตรง ไม่ได้รับผลกระทบจากการไหลแบบปั่นป่วน
   • ให้ความแม่นยำสูงสำหรับของเหลวที่มีความหนืดสูง
   • สามารถวัดความหนาแน่นและอุณหภูมิได้พร้อมกัน
3. มาตรวัดการไหลแบบอัลตราโซนิค (Ultrasonic Flow meter)
   • ไม่สัมผัสกับของไหลโดยตรง เหมาะสำหรับของเหลวที่กัดกร่อนหรือมีอนุภาคแขวนลอย
   • สามารถติดตั้งภายนอกท่อได้
   • บางรุ่นสามารถวัดการไหลแบบปั่นป่วนได้อย่างแม่นยำ
4. มาตรวัดการไหลแบบ Vortex
   • ทำงานได้ดีในสภาวะการไหลแบบปั่นป่วน
   • ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ ทนทานต่อการสึกหรอ
   • เหมาะสำหรับของเหลว ก๊าซ และไอน้ำ

บทสรุป

Turbulent flow เป็นปรากฏการณ์ที่พบได้บ่อยในกระบวนการอุตสาหกรรม โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม การทำความเข้าใจลักษณะของการไหลแบบปั่นป่วนและผลกระทบต่อการวัดอัตราการไหลมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเลือกใช้และติดตั้ง Flow meter ที่เหมาะสม การพิจารณาปัจจัยต่างๆ อย่างรอบคอบ ตั้งแต่การเลือกประเภทของ Flow meter ไปจนถึงเทคนิคการติดตั้งและการใช้งาน จะช่วยให้การวัดอัตราการไหลในสภาวะ Turbulent flow มีความแม่นยำยิ่งขึ้น