ในการใช้งานอุตสาหกรรม ความสามารถและประสิทธิภาพของหัวฉีดมีความสำคัญ โดยเฉพาะในเรื่องแรงกระแทกและการกระจายตัวของความดัน ปัจจัยเหล่านี้มีความสำคัญในหลากหลายสาขา เช่น การทำความสะอาด การตัด การผ่าตัดทางการแพทย์ และวิศวกรรมการบินและอวกาศ บทความนี้จะเจาะลึกถึงรายละเอียดของแรงกระแทกและการกระจายตัวของความดันของหัวฉีด โดยอ้างอิงจากผลการวิจัยและการทดลองล่าสุด
1. แรงกระแทกคืออะไร? ความสัมพันธ์กับอัตราการไหลและความดัน
แรงกระแทกที่เกิดจากหัวฉีดเป็นตัววัดแรงทั้งหมดโดยตรง ซึ่งมีผลต่อประสิทธิภาพของการใช้งานในหลากหลายด้าน แรงนี้มีความสัมพันธ์โดยตรงกับอัตราการไหลของของเหลวที่ออกจากหัวฉีด ซึ่งเชื่อมโยงกับรากที่สองของความดันภายในหัวฉีด อัตราการไหลที่สูงขึ้นหมายถึงแรงกระแทกที่แข็งแกร่งขึ้น ทำให้การจัดการความดันในหัวฉีดมีความสำคัญต่อการเพิ่มประสิทธิภาพ
- แรงกระแทกเท่ากับแรงรวมทั้งหมด
- แรงกระแทกแปรผันตามอัตราการไหล
- แรงกระแทกแปรผันตามรากที่สองของความดัน
2. ปัจจัยที่มีผลต่อแรงกระแทกของหัวฉีด
a) รูปร่างของหัวฉีด
หัวฉีดถูกจัดประเภทตามรูปร่างของรูปแบบการพ่น เช่น หัวฉีดกรวยตัน หัวฉีดพัดลม และหัวฉีดเกลียว เมื่อความดันและอัตราการไหลเท่ากันจากระยะทางเดียวกัน หัวฉีดสายน้ำตรงจะให้แรงกระแทกมากกว่าหัวฉีดพัดลม เพราะหัวฉีดสายน้ำตรงจะรวมอัตราการไหลไว้ในพื้นที่เดียว ในขณะที่หัวฉีดพัดลมมีมุมพ่นกว้างกว่า ให้พื้นที่ครอบคลุมมากกว่า แต่กระจายอัตราการไหลบนพื้นที่ที่กว้างขึ้น ทำให้แรงกระแทกที่จุดใดจุดหนึ่งลดลง
b) ตำแหน่งของหัวฉีด
ตำแหน่งของหัวฉีดมีผลต่อแรงกระแทกของการพ่นอย่างมาก เช่น หากหัวฉีดพัดลม A และหัวฉีดพัดลม B ใช้ความดันและอัตราการไหลเท่ากัน แต่หัวฉีด A อยู่ใกล้พื้นผิวเป้าหมายมากกว่า หัวฉีด A จะให้แรงกระแทกที่มากกว่า เพราะการรวมของไหลในพื้นที่ที่เล็กลง
c) อัตราการไหลและความดัน
ปัจจัยสำคัญเพิ่มเติมสองประการคืออัตราการไหลและความดัน
สถานการณ์ที่ 1: หากหัวฉีด A และ B อยู่ในระยะทางเดียวกันและมีอัตราการไหลเท่ากัน แต่หัวฉีด B ใช้ความดันสูงกว่าหัวฉีด A หัวฉีด B จะมีแรงกระแทกที่มากกว่าบนพื้นที่เป้าหมาย
สถานการณ์ที่ 2: หากหัวฉีด C และ D อยู่ในระยะทางเดียวกันและมีความดันเท่ากัน แต่หัวฉีด C มีอัตราการไหลสูงกว่า หัวฉีด C จะให้แรงกระแทกที่มากกว่าบนพื้นที่เป้าหมาย
[1]
3. การทำความเข้าใจการกระจายตัวของความดัน
การกระจายตัวของความดันหมายถึงการกระจายตัวของความดันที่พ่นออกจากหัวฉีดบนพื้นผิวเป้าหมาย มันเป็นปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนซึ่งได้รับผลกระทบจากรูปร่างการพ่นของหัวฉีด ปริมาณครอบคลุม และอัตราการไหล รวมถึงการออกแบบการกระจายตัวของอัตราการไหล ความแปรปรวนในแรงกระแทกมีผลโดยตรงต่อการกระจายตัวของความดัน ทำให้เป็นแง่มุมที่ท้าทายในการคาดการณ์และควบคุมเนื่องจากตัวแปรจำนวนมากที่เกี่ยวข้อง
- การกระจายตัวของความดันคือความดันที่พ่นไปยังทุกส่วนของชิ้นงานโดยหัวฉีด
- ความแปรปรวนของแรงกระแทกจะส่งผลต่อการกระจายตัวของความดัน
- ผลลัพธ์ของการกระจายตัวของความดันจะได้รับผลกระทบจากรูปร่างการพ่นและปริมาณครอบคลุม
- การกระจายตัวของความดันเกี่ยวข้องกับอัตราการไหลและได้รับผลกระทบจากการออกแบบการกระจายตัวของอัตราการไหล
- เนื่องจากมีตัวแปรจำนวนมาก จึงไม่มีสูตรง่าย ๆ สำหรับการคำนวณการกระจายตัวของความดันสำหรับหัวฉีดประเภทต่าง ๆ