อ่าน 5 นาที
พลวัตการกระฉอก
ในพลศาสตร์ของไหลคำว่า"สโลช"หมายถึงการเคลื่อนที่ของของเหลวภายในวัตถุอื่น (ซึ่งโดยทั่วไปแล้วก็กำลังเคลื่อนที่อยู่เช่นกัน)
พลวัตการกระฉอก

ในพลศาสตร์ของไหลคำว่า"สโลช"หมายถึงการเคลื่อนที่ของของเหลวภายในวัตถุอื่น (ซึ่งโดยทั่วไปแล้วก็กำลังเคลื่อนที่อยู่เช่นกัน)
ตามหลักแล้ว ของเหลวจะต้องมีพื้นผิวอิสระจึงจะก่อให้เกิด ปัญหา พลศาสตร์การกระฉอกได้โดยที่พลศาสตร์ของของเหลวสามารถโต้ตอบกับภาชนะเพื่อเปลี่ยนแปลงพลศาสตร์ของระบบได้อย่างมีนัยสำคัญ[ 1 ]ตัวอย่างที่สำคัญ ได้แก่ การกระฉอก ของเชื้อเพลิงใน ถังของ ยานอวกาศและจรวด (โดยเฉพาะขั้นบน) และผลกระทบของพื้นผิวอิสระ (การกระฉอกของสินค้า) ในเรือและรถบรรทุกที่ขนส่งของเหลว (เช่น น้ำมันและน้ำมันเบนซิน) อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องปกติที่จะเรียกการเคลื่อนที่ของของเหลวในถังที่บรรจุเต็ม กล่าวคือไม่มีพื้นผิวอิสระ ว่า "การกระฉอกของเชื้อเพลิง"
การเคลื่อนที่ดังกล่าวมีลักษณะเป็น " คลื่นเฉื่อย " และอาจเป็นผลกระทบสำคัญในพลศาสตร์การหมุนของยานอวกาศ มีความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์และเชิงประจักษ์มากมายที่ได้มาเพื่ออธิบายการกระเพื่อมของของเหลว[ 2 ] [ 3 ]การวิเคราะห์ประเภทนี้มักดำเนินการโดยใช้พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณและวิธีการไฟไนต์เอเลเมนต์เพื่อแก้ ปัญหา ปฏิสัมพันธ์ระหว่างของไหลและโครงสร้างโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากภาชนะของแข็งมีความยืดหยุ่น พารามิเตอร์ไร้มิติของพลศาสตร์ของไหลที่เกี่ยวข้อง ได้แก่เลขบอนด์เลขเวเบอร์และเลขเรย์โนลด์
การกระฉอกเป็นปรากฏการณ์สำคัญสำหรับยานอวกาศ[ 4 ]เรือ[ 3 ]ยานพาหนะบนบกบางประเภท และเครื่องบิน บางประเภท การกระฉอกเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้เกิดความผิดปกติใน การทดสอบการบินครั้งที่สอง ของ Falcon 1และมีส่วนเกี่ยวข้องกับความผิดปกติของยานอวกาศอื่นๆ อีกหลายประเภท รวมถึงเหตุการณ์เกือบหายนะ[ 5 ]ที่เกิดขึ้นกับดาวเทียม Near Earth Asteroid Rendezvous ( NEAR Shoemaker )
ผลกระทบของยานอวกาศ
การกระฉอกของของเหลวในสภาวะไมโครกราวิตี้[ 6 ] [ 7 ]เกี่ยวข้องกับยานอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งดาวเทียม ที่โคจรรอบโลก และต้องคำนึงถึงแรงตึงผิว ของของเหลว ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่าง (และค่าลักษณะเฉพาะ ) ของก้อนของเหลวได้ โดยทั่วไป มวลส่วนใหญ่ของดาวเทียมจะเป็นเชื้อเพลิงเหลวในช่วงเริ่มต้นของอายุการใช้งาน (BOL) และการกระฉอกของเชื้อเพลิงสามารถส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของดาวเทียมได้หลายวิธี ตัวอย่างเช่น การกระฉอกของเชื้อเพลิงสามารถทำให้เกิดความไม่แน่นอนในทิศทาง (การชี้เป้า) ของยานอวกาศ ซึ่งมักเรียกว่าการสั่นไหวปรากฏการณ์ที่คล้ายกันนี้สามารถทำให้เกิดการแกว่งแบบป๊อกโกและอาจส่งผลให้โครงสร้างของยานอวกาศล้มเหลวได้
อีกตัวอย่างหนึ่งคือปฏิสัมพันธ์ที่มีปัญหากับระบบควบคุมทิศทาง (ACS) ของยานอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับดาวเทียมที่หมุน[ 8 ]ซึ่งอาจเกิดการสั่นพ้องระหว่างการกระฉอกและการสั่นไหวหรือการเปลี่ยนแปลงที่ไม่พึงประสงค์ต่อความเฉื่อย ในการหมุน เนื่องจากความเสี่ยง ประเภทนี้ ในช่วงทศวรรษ 1960 องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA) ได้ศึกษา[ 9 ]การกระฉอกของของเหลวในถังของยานอวกาศอย่างกว้างขวาง และในช่วงทศวรรษ 1990 NASA ได้ดำเนินการทดลองพลศาสตร์ไร้แรงโน้มถ่วงบนชั้นกลาง[ 10 ]บนกระสวยอวกาศองค์การอวกาศยุโรปได้พัฒนาการวิจัยเหล่านี้[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]ด้วยการปล่อยSLOSHSATยานอวกาศที่หมุนส่วนใหญ่ตั้งแต่ปี 1980 ได้รับการทดสอบที่หอทดสอบการตกของห้องปฏิบัติการพลศาสตร์ประยุกต์โดยใช้แบบจำลองขนาดเล็ก[ 15 ]สถาบันวิจัยตะวันตกเฉียงใต้ได้มีส่วนร่วมอย่างกว้างขวาง[ 16 ]แต่การวิจัยยังแพร่หลาย[ 17 ]ในแวดวงวิชาการและอุตสาหกรรม
การวิจัยยังคงดำเนินต่อไปเกี่ยวกับผลกระทบของการกระฉอกของเชื้อเพลิงในคลังเก็บเชื้อเพลิง ใน อวกาศ ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2552 กองทัพอากาศสหรัฐฯและUnited Launch Alliance (ULA) ได้ทำการสาธิต การทดลอง ในวงโคจรบนขั้นบนของจรวด Centaurที่ได้รับการดัดแปลงในการปล่อยดาวเทียมDMSP-18เพื่อปรับปรุง "ความเข้าใจเกี่ยวกับการตกตะกอนและการกระฉอกของเชื้อเพลิง" "น้ำหนักเบาของ DMSP-18 ทำให้มีเชื้อเพลิง LO 2และ LH 2 เหลืออยู่ 12,000 ปอนด์ (5,400 กิโลกรัม) ซึ่งคิดเป็น 28% ของความจุของ Centaur" สำหรับการทดสอบในวงโคจร การขยายภารกิจหลังการปล่อยยานอวกาศดำเนินไป 2.4 ชั่วโมงก่อนที่จะมีการเผาไหม้เพื่อลดระดับวงโคจร ตามแผน [ 18 ]
โครงการบริการปล่อยจรวดของ NASA กำลังดำเนินการทดลองพลศาสตร์ของไหลแบบสโลช สองโครงการ ร่วมกับพันธมิตร ได้แก่CRYOTEและSPHERES -Slosh [ 19 ] ULA มีแผนจะสาธิตการจัดการของไหลไครโอเจนิกขนาดเล็กเพิ่มเติมในโครงการ CRYOTE ในปี 2012–2014 [ 20 ]ซึ่งจะนำไปสู่การทดสอบคลังเชื้อเพลิงไครโอแซทขนาดใหญ่ของ ULA ภายใต้ โครงการ สาธิตเทคโนโลยีหลัก ของ NASA ในปี 2015 [ 20 ] SPHERES-Slosh ร่วมกับสถาบันเทคโนโลยีฟลอริดาและสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์จะตรวจสอบว่าของเหลวเคลื่อนที่ไปมาภายในภาชนะในสภาวะไมโครกราวิตี้อย่างไร โดยใช้แท่นทดสอบ SPHERES บนสถานีอวกาศนานาชาติ
เสียงน้ำกระฉอกในรถถังบรรทุกบนถนน
การกระฉอกของของเหลวส่งผลกระทบอย่างมากต่อพลศาสตร์ทิศทางและประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของรถบรรทุกถัง บนทางหลวง ในทางลบอย่างมาก[ 21 ]แรงและโมเมนต์ไฮโดรไดนามิกที่เกิดจาก การแกว่ง ของสินค้า เหลว ในถังภายใต้การบังคับเลี้ยวและ/หรือการเบรกจะลดขีดจำกัดความเสถียรและการควบคุมของรถบรรทุกถังที่บรรจุไม่เต็ม[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]อุปกรณ์ป้องกันการกระฉอก เช่นแผ่นกั้นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อจำกัดผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ของการกระฉอกของของเหลวต่อประสิทธิภาพทิศทางและความเสถียรของรถบรรทุกถัง เพื่อป้องกันการเคลื่อนที่ของสินค้าที่ทำให้รถเสียเสถียรภาพ ซึ่งรู้จักกันในชื่อ "ปรากฏการณ์คลื่น" [ 25 ]เนื่องจากส่วนใหญ่แล้ว รถบรรทุกถังจะบรรทุกของเหลวอันตราย เช่น แอมโมเนีย น้ำมันเบนซิน และน้ำมันเชื้อเพลิง ความเสถียรของรถบรรทุกบรรทุกของเหลวที่บรรจุไม่เต็มจึงมีความสำคัญมาก เทคนิคการเพิ่มประสิทธิภาพและการลดการกระฉอกของเชื้อเพลิงในถังเชื้อเพลิง เช่น ถังรูปวงรี สี่เหลี่ยมผืนผ้า รูปไข่ดัดแปลง และรูปทรงถังทั่วไป ได้ดำเนินการในระดับการบรรจุที่แตกต่างกันโดยใช้การวิเคราะห์เชิงตัวเลข เชิงวิเคราะห์ และเชิงเปรียบเทียบ การศึกษาส่วนใหญ่เหล่านี้มุ่งเน้นไปที่ผลกระทบของแผ่นกั้นต่อการกระฉอก ในขณะที่อิทธิพลของหน้าตัดถูกละเลยโดยสิ้นเชิง[ 26 ]
โครงการรถยนต์ Bloodhound LSR 1,000 ไมล์ต่อชั่วโมงใช้จรวดเชื้อเพลิงเหลวซึ่งต้องใช้ถังออกซิไดเซอร์ที่มีแผ่นกั้นพิเศษเพื่อป้องกันความไม่เสถียรของทิศทาง การเปลี่ยนแปลงแรงขับของจรวด และแม้กระทั่งความเสียหายของถังออกซิไดเซอร์[ 27 ]
เอฟเฟกต์เชิงปฏิบัติ
การกระฉอกหรือการเคลื่อนที่ของสินค้าน้ำอับเฉาหรือของเหลวอื่นๆ (เช่น จากการรั่วไหลหรือการดับเพลิง) อาจทำให้ เรือ พลิคว่ำ อย่างร้ายแรง เนื่องจากผลกระทบจากผิวน้ำอิสระซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อรถบรรทุกและเครื่องบินได้เช่นกัน
ผลของสป็อคใช้เพื่อจำกัดการกระดอนของ ลูก ฮอกกี้ลูกกลิ้งสป็อคของน้ำสามารถลดความสูงของการกระดอนของลูกบอลได้อย่างมาก[ 28 ]แต่ปริมาณของเหลวบางส่วนดูเหมือนจะนำไปสู่ เอฟเฟกต์ เรโซแนนซ์ลูกบอลสำหรับฮอกกี้ลูกกลิ้งที่มีจำหน่ายทั่วไปจำนวนมากมีน้ำเป็นส่วนประกอบเพื่อลดความสูงของการกระดอน
ดูเพิ่มเติม
- เซเช่ (Seiche)คือปรากฏการณ์ที่ส่งผลกระทบต่อทะเลสาบและแหล่งน้ำจำกัดอื่นๆ
- การกระเด็น (กลศาสตร์ของไหล)ปรากฏการณ์พื้นผิวอิสระอื่นๆ
- เสียงดังจากการกระแทกสัญญาณเตือนทางการแพทย์ที่ได้ยินได้
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ พลวัตการกระฉอก
ในพลศาสตร์ของไหลคำว่า"สโลช"หมายถึงการเคลื่อนที่ของของเหลวภายในวัตถุอื่น (ซึ่งโดยทั่วไปแล้วก็กำลังเคลื่อนที่อยู่เช่นกัน)
ผลกระทบของยานอวกาศ
การกระฉอกของของเหลวใน สภาวะไมโครกราวิตี้ [ 6 ] [ 7 ] เกี่ยวข้องกับยานอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ดาวเทียม ที่โคจรรอบโลก และต้องคำนึงถึง แรงตึงผิว ของของเหลว ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่าง (และ ค่าลักษณะเฉพาะ ) ของก้อนของเหลวได้ โดยทั่วไป...
เสียงน้ำกระฉอกในรถถังบรรทุกบนถนน
การกระฉอกของของเหลวส่งผลกระทบอย่างมากต่อพลศาสตร์ทิศทางและประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของ รถบรรทุกถัง บนทางหลวง ในทางลบอย่างมาก [ 21 ] แรง และ โมเมนต์ ไฮโดรไดนามิกที่เกิดจาก การแกว่ง ของสินค้า เหลว ในถังภายใต้ การบังคับเลี้ยว และ/หรือ การเบรก...
เอฟเฟกต์เชิงปฏิบัติ
การกระฉอกหรือการเคลื่อนที่ ของสินค้า น้ำ อับเฉา หรือของเหลวอื่นๆ (เช่น จากการรั่วไหลหรือการดับเพลิง) อาจทำให้ เรือ พลิคว่ำ อย่างร้ายแรง เนื่องจาก ผลกระทบจากผิวน้ำอิสระ ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อรถบรรทุกและเครื่องบินได้เช่นกัน