การศึกษาคุณลักษณะของลำพุ่งของเหลวความเร็วสูงในน้ำ

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาคุณลักษณะของลำพุ่งของเหลวความเร็วสูงที่ฉีดในน้ำและในอากาศ ซึ่งการผลิตลำพุ่งความเร็วสูงในงานวิจัยนี้จะใช้เทคนิคที่เรียกว่า การขับลำพุ่งด้วยการกระแทก (Impact driven method) ในชุดทดลองที่เรียกว่า Horizontal Single Stage Powder Gun (HSSPG) โดยเทคนิคนี้จะอาศัยกระสุนปืนความเร็วสูงกระแทกกับของเหลวซึ่งบรรจุอยู่ในหัวฉีด ซึ่งการวิจัยนี้จะใช้ความเร็วของกระสุนปืนเท่ากับ 950±30 m/s และหัวฉีดทรงกรวยมุม 30 องศาเซลเซียส ขนาดรูคอคอดที่ทางออกเท่ากับ 0.7 mm ในการผลิตลำพุ่ง โดยทำการศึกษาคุณลักษณะของลำพุ่งของเหลว 6 ชนิด คือ น้ำ น้ำทะเล น้ำมันดีเซล กลีโลซีน แอลกอฮอล์ และน้ำมันแก๊สโซลีน จากภาพถ่ายด้วยกล้องวิดีทัศน์ความเร็วสูง (High-speed digital video camera) ร่วมกับการถ่ายภาพด้วยเทคนิคชาโดว์กราฟ และไม่ใช้เทคนิคชาโดว์กราฟที่การถ่ายภาพใน 2 มุมมอง คือ มุมมองปกติ เช่นเดียวกับการใช้เทคนิคชาโดว์กราฟและมุมมองในแนวแกน จากการถ่ายภาพด้วยกล้องวิดีโอความเร็วสูงร่วมกับการถ่ายภาพด้วยเทคนิคชาว์โดว์กราฟ พบว่า ลำพุ่งของเหลวทั้ง 6 ชนิดที่ฉีดในอากาศ จะมีรูปร่างของลำพุ่งที่ไม่แตกต่างกันมากนัก และสังเกตพบการเกิด shock wave การเกิดการเปลี่ยนแปลงมุมของ shock wave การแตกตัวของลำพุ่ง การกระจายตัวเป็นฝอยละออง การระเหยกลายเป็นไอของลำพุ่งอย่างเห็นได้ชัด โดยความเร็วสูงสุดของลำพุ่งน้ำ น้ำทะเล น้ำมันดีเซล กลีโลซีน แอลกอฮอล์ และน้ำมันแก๊สโซลีน มีค่าเท่ากับ 1.669.03 m/s, 1,514.17 m/s, 1,264.68 m/s, 1,548.58 m/s และ 1,634.62 m/s ตามลำดับ ในขณะที่เมื่อฉีดพุ่งในน้ำ พบว่า ความเร็วสูงสุดของลำพุ่งน้ำ, น้ำทะเล, น้ำมันดีเซล, กลีโลซีน, แอลกอฮอล์ และน้ำมันแก๊สโซลีน มีค่าเท่ากับ 374.24 m/s, 195.00 m/s, 576.41 m/s, 412.95 m/s, 292.51 m/s และ 118.84 m/s ตามลำดับ ซึ่งช้ากว่ากรณีที่ฉีดในอากาศเนื่องจากผลของแรงต้านทานในน้ำสูงกว่าในอากาศ และพบพฤติกรรมการขยายตัว การยุบตัวของ water vapor bubble, shockwave, compressed wave และ rebound shock wave ซึ่งเกิดจากการยุบตัวของ bubble อย่างชัดเจน ซึ่งเป็นคุณลักษณะที่ไม่พบเมื่อฉีดในอากาศ และเมื่อถ่ายภาพโดยไม่ใช้เทคนิคชาโดว์กราฟจะพบกลไกการเกิด bubble การขนายตัว การยุบตัว และการหายไปของ bubble ได้อย่างชัดเจนและเข้าใจง่าย แต่จะไม่สามารถสังเกตเห็นพฤติกรรมต่าง ๆ ของ shock wave และ rebound shock wave ในน้ำได้ นอกจากนี้เมื่อถ่ายภาพลำพุ่งในน้ำในมุมมองแนวแกนโดยไม่ใช้เทคนิคชาโดว์กราฟ จะยังสังเกตเห็นการเกิด bubble การขยายตัว การยุบและการหายไปของ bubble ได้อย่างชัดเจนและเข้าใจง่าย แต่จะไม่สามารถสังเกตเห็นพฤติกรรมต่าง ๆ ของ shock wave และ rebound shock wave ในน้ำได้เช่นกัน โดยพบว่าอัตราการขยายตัว (Vx,c) และยุบตัว (Vx,c) ของ bubble ในแนวแกนนอนสูงสุดมีค่าเท่ากับ 26.19 m/s และ 13.48 m/s ตามลำดับ เกิดขึ้นจากลำพุ่งแอลกอฮอล์ และลำพุ่งกลีโลซีน ตามลำดับ และอัตราการขยายตัว (Vy,c) และยุบตัว (Vx,c) ในแนวแกนตั้งสูงสุดมีค่าเท่ากับ 23.34 m/s และ 13.66 m/s ตามลำดับ เกิดขึ้นจากลำพุ่งแอลกอฮอล์และลำพุ่งกลีโลซีน ตามลำดับ