ច្បាប់ទីមួយនៃទែរម៉ូឌីណាមិកក្នុងការវិភាគម៉ាស៊ីនឧស្សាហកម្ម

ច្បាប់ទីមួយនៃទែរម៉ូឌីណាមិកក្នុងការវិភាគម៉ាស៊ីនឧស្សាហកម្ម

នៅពីក្រោយសំឡេងគ្រហឹមរបស់ទួរប៊ីន កំដៅនៃឡចំហាយ និងសំឡេងរំញ័ររបស់ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់នៅក្នុងរោងចក្រ មានគោលការណ៍ជាមូលដ្ឋានមួយដែលស្ទើរតែតែងតែមានវត្តមាន៖ ច្បាប់ទីមួយនៃទែរម៉ូឌីណាមិក។ ច្បាប់នេះគឺជាមូលដ្ឋានគ្រឹះសម្រាប់ការយល់ដឹងពីរបៀបដែលថាមពលផ្លាស់ទី និងការផ្លាស់ប្តូរបង្កើតឡើងនៅក្នុងម៉ាស៊ីនឧស្សាហកម្ម។ តាមរយៈការស្ទាត់ជំនាញវា វិស្វករអាចគណនាតម្រូវការប្រេងឥន្ធនៈ ប៉ាន់ស្មានប្រសិទ្ធភាព រចនាប្រព័ន្ធត្រជាក់ និងថែមទាំងធ្វើរោគវិនិច្ឆ័យការខ្ជះខ្ជាយថាមពលនៅក្នុងឧបករណ៍ផលិតកម្មទៀតផង។ អត្ថបទនេះពិភាក្សាអំពីគោលគំនិត សមីការសំខាន់ៗ និងឧទាហរណ៍នៃការអនុវត្តច្បាប់ទីមួយនៃទែរម៉ូឌីណាមិកក្នុងការវិភាគម៉ាស៊ីនឧស្សាហកម្ម។

១. ការយល់ដឹងអំពីច្បាប់ទីមួយនៃទែរម៉ូឌីណាមិក

ច្បាប់ទីមួយនៃទែរម៉ូឌីណាមិក គឺជាច្បាប់នៃការអភិរក្សថាមពល។ ថាមពលមិនអាចបង្កើត ឬបំផ្លាញបានទេ វាអាចត្រូវបានផ្ទេរពីប្រព័ន្ធមួយទៅប្រព័ន្ធមួយទៀត ឬបំលែងពីទម្រង់មួយទៅទម្រង់មួយទៀតប៉ុណ្ណោះ។ នៅក្នុងបរិបទនៃទែរម៉ូឌីណាមិក ទម្រង់នៃថាមពលដែលត្រូវបានពិភាក្សាញឹកញាប់បំផុតគឺ៖

- កំដៅ (កំដៅ, Q): ថាមពលដែលត្រូវបានផ្ទេរដោយសារតែភាពខុសគ្នានៃសីតុណ្ហភាព។
– កម្លាំងពលកម្ម (W)៖ ថាមពលដែលត្រូវបានផ្ទេរដោយសារកម្លាំងមួយដែលបណ្តាលឱ្យមានការផ្លាស់ទីលំនៅ ឧទាហរណ៍ ការងារអ័ក្សនៅលើទួរប៊ីន ឬម៉ាស៊ីនបង្ហាប់។
– ថាមពលខាងក្នុង (U)៖ ថាមពលមីក្រូទស្សន៍នៅក្នុងសារធាតុមួយ (ទាក់ទងនឹងសីតុណ្ហភាព ដំណាក់កាល និងអន្តរកម្មម៉ូលេគុល)។
– ការបន្ថែមសំខាន់ៗទៅក្នុងប្រព័ន្ធលំហូរ៖ ថាមពលចលនា (KE) និងថាមពលសក្តានុពល (PE)។

និយាយឱ្យសាមញ្ញ ច្បាប់ទីមួយចែងថា៖ ការប្រែប្រួលថាមពលនៃប្រព័ន្ធមួយគឺស្មើនឹងថាមពលបញ្ចូលដកនឹងថាមពលបញ្ចេញ។

2. ប្រព័ន្ធទែរម៉ូឌីណាមិកនៅក្នុងម៉ាស៊ីនឧស្សាហកម្ម

នៅក្នុងការវិភាគម៉ាស៊ីនឧស្សាហកម្ម ជាធម្មតាយើងជ្រើសរើសប្រព័ន្ធមួយក្នុងចំណោមពីរប្រភេទ៖

១. ប្រព័ន្ធបិទជិត
ម៉ាស់មិនឆ្លងកាត់ព្រំដែនប្រព័ន្ធទេ ប៉ុន្តែថាមពល (កំដៅ/ការងារ) អាចផ្ទេរបាន។ ឧទាហរណ៍៖ ស៊ីឡាំង-ពីស្តុង នៅក្នុងដំណើរការបាច់មួយចំនួន (ឧទាហរណ៍ ការធ្វើតេស្តមន្ទីរពិសោធន៍ ឬដំណើរការពិសេស)។

2. ប្រព័ន្ធបើកចំហ / កម្រិតសំឡេងគ្រប់គ្រង
ម៉ាស់ និងថាមពលអាចឆ្លងកាត់ព្រំដែនបាន។ នេះជារឿងធម្មតាបំផុតនៅក្នុងឧស្សាហកម្ម៖ ទួរប៊ីន ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ ម៉ាស៊ីនបូម ឡចំហាយ កុងដង់សាទ័រ ឧបករណ៍ផ្លាស់ប្តូរកំដៅ ក្បាលបាញ់ ឧបករណ៍ផ្សព្វផ្សាយ និងបំពង់។

ឧបករណ៍ផលិតកម្មភាគច្រើនត្រូវបានវិភាគជាបរិមាណត្រួតពិនិត្យក្រោមលក្ខខណ្ឌស្ថានភាពស្ថិរភាព មានន័យថាអត្រាលំហូរ និងលក្ខណៈសម្បត្តិសារធាតុរាវមិនផ្លាស់ប្តូរតាមពេលវេលានៅចំណុចណាមួយឡើយ។

៣. សមីការទូទៅនៃច្បាប់ទីមួយនៃទែរម៉ូឌីណាមិក

៣.១. សម្រាប់ប្រព័ន្ធបិទជិត
សមីការមូលដ្ឋាន៖

\[
ដេលតា E = Q – W
\]

ដែល \(\Delta E\) រួមបញ្ចូលការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងថាមពលខាងក្នុង ថាមពលចលនា និងថាមពលសក្តានុពល។ ក្នុងករណីជាក់ស្តែងជាច្រើន ការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងថាមពលចលនា និងថាមពលសក្តានុពលត្រូវបានមិនអើពើ ដូច្នេះ៖

\[
ឌីលតា U = Q – W
\]

ការបកស្រាយ៖ កំដៅដែលចូលបង្កើនថាមពលខាងក្នុង ខណៈពេលដែលការងារដែលធ្វើដោយប្រព័ន្ធបន្ថយថាមពលខាងក្នុង (អាស្រ័យលើអនុសញ្ញាសញ្ញា ប៉ុន្តែអនុសញ្ញាវិស្វកម្មទូទៅគឺ៖ ការចូល Q គឺវិជ្ជមាន ការចាកចេញ W (ផលិតដោយប្រព័ន្ធ) គឺវិជ្ជមាន)។

៣.២. សម្រាប់ប្រព័ន្ធបើកចំហ (ការគ្រប់គ្រងកម្រិតសំឡេង)
សម្រាប់លំហូរមួយចូលមួយចេញដែលមានស្ថេរភាព ទម្រង់ដែលត្រូវបានគេប្រើជាញឹកញាប់គឺ៖

\[
\dot{Q} – \dot{W} = \dot{m}\left[(h_2-h_1) + \frac{V_2^2 – V_1^2}{2} + g(z_2-z_1)\right]
\]

ព័ត៌មាន៖
– \(\dot{Q}\): អត្រាផ្ទេរកំដៅ (គីឡូវ៉ាត់)
– \(\dot{W}\): អត្រាការងារ (kW) ជារឿយៗស្ថិតក្នុងទម្រង់ជាការងារអ័ក្ស
– \(\dot{m}\): អត្រាលំហូរម៉ាស (គីឡូក្រាម/វិនាទី)
– \(h\): អង់តាល់ពីជាក់លាក់ (គីឡូជូល/គីឡូក្រាម)
– \(V\): ល្បឿនលំហូរ (ម៉ែត្រ/វិនាទី)
– \(z\): កម្ពស់ (ម៉ែត្រ)

នៅក្នុងម៉ាស៊ីនឧស្សាហកម្មជាច្រើន ការប្រែប្រួលនៃកម្ពស់ និងថាមពលចលនាគឺមានទំហំតូចបើប្រៀបធៀបទៅនឹងការប្រែប្រួលនៃអង់តាល់ពី ដូច្នេះពួកវាត្រូវបានធ្វើឱ្យសាមញ្ញទៅ៖

\[
\dot{Q} – \dot{W} \approx \dot{m}(h_2-h_1)
\]

វាគឺជាទម្រង់សាមញ្ញនេះដែលធ្វើឱ្យច្បាប់ទីមួយអាចអនុវត្តបានជាក់ស្តែង៖ ដោយគ្រាន់តែមានទិន្នន័យអង់តាល់ពីច្រកចូល-ច្រកចេញ យើងអាចប៉ាន់ស្មានតម្រូវការកំដៅ ឬថាមពលរបស់អ័ក្សបាន។

៤. ការអនុវត្តនៅក្នុងម៉ាស៊ីនឧស្សាហកម្ម

៤.១. ទួរប៊ីនចំហាយទឹក ឬ ទួរប៊ីនឧស្ម័ន
ទួរប៊ីនបំលែងថាមពលកម្ដៅនៃសារធាតុរាវទៅជាការងាររបស់អ័ក្ស។ ចំពោះទួរប៊ីនស្ថានភាពស្ថិរភាព វាត្រូវបានសន្មត់ជាញឹកញាប់ថាជាអាឌីអាបាទិក (\(\dot{Q}\approx 0\)):

\[
-\dot{W} \approx \dot{m}(h_2-h_1)
\]

ដោយសារ \(h_2 < h_1\) (ការថយចុះអង់តាល់ពី) នោះ \(\dot{W}\) គឺវិជ្ជមានជាថាមពលដែលបានបង្កើត។ ពីទីនេះ ថាមពលទួរប៊ីនអាចត្រូវបានគណនា ប្រសិនបើអត្រាលំហូរម៉ាស និងការថយចុះអង់តាល់ពីត្រូវបានគេដឹងដោយផ្អែកលើតារាងចំហាយទឹក ឬទិន្នន័យលក្ខណៈសម្បត្តិឧស្ម័ន។ អត្ថប្រយោជន៍ឧស្សាហកម្ម៖ ការគណនាទិន្នផលថាមពល ការវាយតម្លៃប្រសិទ្ធភាពអ៊ីសេនត្រូពិចរបស់ទួរប៊ីន និងការប៉ាន់ស្មានការប្រើប្រាស់ចំហាយទឹកក្នុងមួយគីឡូវ៉ាត់ម៉ោង។ ៤.២. ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ខ្យល់ ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់តម្រូវឱ្យមានការងារអ័ក្សដើម្បីបង្កើនសម្ពាធ ដើម្បីឱ្យអង់តាល់ពីកើនឡើង (\(h_2>h_1\))។ សម្រាប់ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់អាឌីអាបាទិក៖

\[
\dot{W}_{in} \approx \dot{m}(h_2-h_1)
\]

នេះមានន័យថា បរិមាណថាមពលអគ្គិសនីដែលត្រូវការដោយម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ត្រូវបានកំណត់ដោយការកើនឡើងនៃអង់តាល់ពី ដែលត្រូវបានជះឥទ្ធិពលដោយសមាមាត្រសម្ពាធ សីតុណ្ហភាពចូល និងប្រសិទ្ធភាពនៃការបង្ហាប់។

អត្ថប្រយោជន៍ឧស្សាហកម្ម៖ ការកំណត់លក្ខណៈបច្ចេកទេសម៉ូទ័រ ការគណនាថ្លៃដើមថាមពលបង្ហាប់ និងការប្រៀបធៀបម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ដំណាក់កាលតែមួយទល់នឹងច្រើនដំណាក់កាលជាមួយនឹងការត្រជាក់អន្តរ។

៤.៣. ស្នប់រាវ
ស្នប់បង្កើនសម្ពាធនៃសារធាតុរាវ។ ចំពោះសារធាតុរាវដែលមិនអាចបង្ហាប់បាន ការប្រែប្រួលអង់តាល់ពីត្រូវបានប៉ាន់ស្មានជាញឹកញាប់ដោយ៖

\[
w_p \ប្រហាក់ប្រហែល v \Delta p
\]

ដែល \(v\) ជា​បរិមាណ​ជាក់លាក់ (ម៉ែត្រគូប/គីឡូក្រាម) និង \(\Delta p\) ជា​សម្ពាធ​កើនឡើង។ ដោយសារ \(v\) មានទំហំតូច កម្លាំង​បូម​ក្នុង​មួយ​គីឡូក្រាម​ជាធម្មតា​តិចជាង​កម្លាំង​របស់​ម៉ាស៊ីន​បង្ហាប់​ឧស្ម័ន។

អត្ថប្រយោជន៍ឧស្សាហកម្ម៖ ការកំណត់ទំហំស្នប់ និងម៉ូទ័រ ការវិភាគការបាត់បង់ក្បាលម៉ាស៊ីន និងការវាយតម្លៃការប្រើប្រាស់ថាមពលប្រព័ន្ធបំពង់។

៤.៤. ឡចំហាយ (ឡចំហាយចំហាយទឹក)
ឡចំហាយផ្ទេរកំដៅពីចំហេះទៅទឹកដើម្បីបង្កើតជាចំហាយទឹក។ សម្រាប់ការគ្រប់គ្រងបរិមាណស្ថានភាពស្ថិរភាពជាមួយនឹងការងារអ័ក្សតូច (\(\dot{W}\approx 0\)):

\[
\dot{Q}_{in} \approx \dot{m}(h_{out}-h_{in})
\]

ការគណនានេះជួយកំណត់កំដៅដែលត្រូវការដើម្បីផលិតអត្រាផលិតចំហាយទឹកជាក់លាក់មួយ។ លើសពីនេះ តម្រូវការឥន្ធនៈអាចត្រូវបានគណនាដោយពិចារណាលើប្រសិទ្ធភាពចំហេះ និងតម្លៃកាឡូរីរបស់ឥន្ធនៈ។

អត្ថប្រយោជន៍ឧស្សាហកម្ម៖ ការត្រួតពិនិត្យថាមពលឡចំហាយ ការធ្វើផែនការសមត្ថភាព និងការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃការបំប៉ោង និងសន្សំសំចៃ។

៤.៥. ឧបករណ៍​បង្ហាប់​ខ្យល់
កុងដង់សាទ័រ​យក​កំដៅ​ចេញពី​ចំហាយ​រហូតដល់​វា​កក​ទៅជា​អង្គធាតុរាវ។ ដោយ​សន្មត​ថា​អ័ក្ស​មិន​ដំណើរការ៖

\[
\dot{Q}_{ចេញ} \approx \dot{m}(h_{ចូល}-h_{ចេញ})
\]

ទំហំនៃ \(\dot{Q}_{out}\) កំណត់តម្រូវការទឹកត្រជាក់ ឬសមត្ថភាពប៉មត្រជាក់។

អត្ថប្រយោជន៍ឧស្សាហកម្ម៖ ការរចនាប្រព័ន្ធត្រជាក់ ការគ្រប់គ្រងសីតុណ្ហភាពដំណើរការ និងការត្រួតពិនិត្យការបំពុលនៅក្នុងឧបករណ៍ផ្លាស់ប្តូរកំដៅ។

៤.៦. ឧបករណ៍ផ្លាស់ប្តូរកំដៅ
នៅក្នុងឧបករណ៍ផ្លាស់ប្តូរកំដៅ ស្ទ្រីមពីរផ្លាស់ប្តូរកំដៅ ហើយជាធម្មតាត្រូវបានសន្មតថាជាអាឌីអាបាទិកទាក់ទងនឹងបរិស្ថានជុំវិញ (\(\dot{Q}_{បរិស្ថាន}\approx 0\)) និងគ្មានការងារធ្វើ៖

\[
\dot{m}_h(h_{h,in}-h_{h,out}) = \dot{m}_c(h_{c,out}-h_{c,in})
\]

សមីការនេះគឺជាទម្រង់មួយនៃច្បាប់ទីមួយ ដែលមានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់សម្រាប់ការគណនាបន្ទុកកំដៅ និងផ្ទៀងផ្ទាត់ដំណើរការឧបករណ៍នៅក្នុងវាល។

៥. ប្រសិទ្ធភាពថាមពល និងការធ្វើរោគវិនិច្ឆ័យកាកសំណល់

ច្បាប់ទីមួយមិនបាននិយាយដោយផ្ទាល់ថាតើម៉ាស៊ីនល្អប៉ុណ្ណានោះទេ (នោះគឺជាអាណាចក្រនៃច្បាប់ទីពីរ និងគោលគំនិតនៃអង់ត្រូពី) ប៉ុន្តែវាមានឥទ្ធិពលខ្លាំងសម្រាប់៖

– បង្កើតតុល្យភាពថាមពលសម្រាប់អង្គភាពដំណើរការទាំងអស់។
– កំណត់ការបាត់បង់កំដៅតាមរយៈអ៊ីសូឡង់មិនល្អ ការលេចធ្លាយចំហាយទឹក ឬការចំហេះមិនល្អ។
– ការវាស់ស្ទង់ប្រសិទ្ធភាពកម្ដៅដោយសាមញ្ញ ឧទាហរណ៍៖
– ប្រសិទ្ធភាពឡចំហាយ៖ ថាមពលចំហាយទឹកមានប្រយោជន៍ / ថាមពលគីមីនៃឥន្ធនៈ។
– ប្រសិទ្ធភាព​ម៉ាស៊ីនភ្លើង​ទួរប៊ីន៖ ការកាត់បន្ថយ​ថាមពលអគ្គិសនី / ថាមពលចំហាយទឹក។
– កំណត់អាទិភាពនៃការសន្សំ៖ ឧបករណ៍ដែលមាន \(\dot{Q}\) ឬ \(\dot{W}\) ធំបំផុតជាធម្មតាគឺជាគោលដៅសំខាន់សម្រាប់ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាព។

នៅក្នុងការធ្វើសវនកម្មថាមពល វិស្វករប្រមូលទិន្នន័យសីតុណ្ហភាព សម្ពាធ អត្រាលំហូរ និងថាមពលអគ្គិសនី ហើយបន្ទាប់មកគូសផែនទីលំហូរថាមពលចូល និងចេញទាំងអស់។ ភាពខុសគ្នានៃតុល្យភាពថាមពលច្រើនតែបង្ហាញពីបញ្ហាឧបករណ៍ ការកកិត ការលេចធ្លាយ ឬការសន្មត់ប្រតិបត្តិការមិនត្រឹមត្រូវ។

៦. ឧទាហរណ៍ខ្លីមួយអំពីរបៀបគិត (ដោយគ្មានលេខស្មុគស្មាញ)

ឧបមាថាទួរប៊ីនមួយទទួលចំហាយទឹកដែលមានអង់តាល់ពីខ្ពស់ ហើយបញ្ចេញចំហាយទឹកដែលមានអង់តាល់ពីទាបជាង។ ប្រសិនបើអត្រាចំហាយទឹកត្រូវបានគេដឹង នោះថាមពលទួរប៊ីនគឺសមាមាត្រល្អបំផុតទៅនឹង \(\dot{m}(h_1-h_2)\)។ ប្រសិនបើថាមពលពិតប្រាកដមានទំហំតូចជាងច្រើន វិស្វករនឹងស៊ើបអង្កេតលទ្ធភាពដូចខាងក្រោម៖
– ប្រសិទ្ធភាពទួរប៊ីនថយចុះ (ការខូចខាតដល់ផ្លែទួរប៊ីន សំណឹក និងកំណក)
– ចំហាយទឹកលេចធ្លាយហួសពីត្រា
– លក្ខខណ្ឌ​ច្រកចូល​មិន​ត្រូវ​បាន​រចនា​ឡើង​ដូច​ការ​រចនា​ទេ (សម្ពាធ/សីតុណ្ហភាព​ធ្លាក់ចុះ)
– វត្តមាននៃការផ្ទេរកំដៅដែលមិនចង់បាន ឬការផ្លាស់ប្តូរលក្ខខណ្ឌលំហូរ។

ការស៊ើបអង្កេតទាំងអស់នេះចាប់ផ្តើមពីច្បាប់ទីមួយ៖ «តើថាមពលទៅណា?»

៧. សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

ច្បាប់ទីមួយនៃទែរម៉ូឌីណាមិក គឺជាឧបករណ៍ជាមូលដ្ឋានបំផុត ប៉ុន្តែត្រូវបានប្រើប្រាស់ញឹកញាប់បំផុតនៅក្នុងការវិភាគគ្រឿងចក្រឧស្សាហកម្ម។ តាមរយៈការអនុវត្តតុល្យភាពថាមពលទៅលើទួរប៊ីន ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ ម៉ាស៊ីនបូម ឡចំហាយ កុងដង់សាទ័រ និងឧបករណ៍ផ្លាស់ប្តូរកំដៅ វិស្វករអាចគណនាតម្រូវការកំដៅ ថាមពលអ័ក្ស ទិន្នផលការងារ និងបន្ទុកត្រជាក់ជាប្រព័ន្ធ។ ខណៈពេលដែលប្រសិទ្ធភាពថាមពលតម្រូវឱ្យមានច្បាប់ទីពីរ ច្បាប់ទីមួយនៅតែជាចំណុចចាប់ផ្តើមដែលមិនអាចខ្វះបានសម្រាប់ការរចនា ប្រតិបត្តិការ និងការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពថាមពលនៃរោងចក្រទំនើបៗ។

ប្រសិនបើអ្នកចង់ ខ្ញុំអាចបន្ថែមកំណែនៃអត្ថបទដែលរួមបញ្ចូលការសិក្សាករណីជាលេខ (ឧទាហរណ៍ ការគណនាថាមពលទួរប៊ីន/ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ ឬសមតុល្យថាមពលឡចំហាយ) ជាមួយនឹងជំហានលម្អិត និងតារាងលក្ខណៈសម្បត្តិពាក់ព័ន្ធ។