ការយល់ដឹងអំពីគោលការណ៍នៃគ្រឿងចក្រសារធាតុរាវ
មេកានិចសារធាតុរាវ គឺជាសសរស្តម្ភដ៏សំខាន់មួយនៅក្នុងពិភពវិស្វកម្ម ជាពិសេសនៅក្នុងវិស្វកម្មមេកានិច គីមី និងសំណង់ស៊ីវិល។ ស្ទើរតែគ្រប់វិស័យទាំងអស់នៃឧស្សាហកម្មទំនើប ត្រូវបានប៉ះពាល់នឹងសារធាតុរាវ — ទាំងសារធាតុរាវ និងឧស្ម័ន — ចាប់ពីការចែកចាយទឹកស្អាត និងការផលិតថាមពល រហូតដល់ប្រព័ន្ធត្រជាក់ និងដំណើរការផលិតរោងចក្រ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដើម្បីឱ្យមេកានិចសារធាតុរាវដំណើរការប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព យើងត្រូវយល់ពីគោលការណ៍ជាមូលដ្ឋានរបស់វា៖ របៀបដែលសារធាតុរាវហូរ របៀបដែលថាមពលត្រូវបានផ្ទេរ និងរបៀបដែលកម្លាំងធ្វើសកម្មភាពនៅក្នុងប្រព័ន្ធ។ អត្ថបទនេះពិភាក្សាដោយសង្ខេប ប៉ុន្តែទូលំទូលាយអំពីគោលការណ៍នៃមេកានិចសារធាតុរាវ ដោយប្រើភាសាដែលអាចចូលប្រើបាន។
តើវិស្វកម្មសារធាតុរាវជាអ្វី?
ជាទូទៅ ម៉ាស៊ីនរាវគឺជាឧបករណ៍ដែលមានអន្តរកម្មជាមួយសារធាតុរាវដើម្បីបំលែងថាមពល ផ្លាស់ទីសារធាតុរាវ ឬគ្រប់គ្រងលក្ខខណ្ឌលំហូរ។ ម៉ាស៊ីនរាវជាធម្មតាត្រូវបានបែងចែកជាពីរក្រុមធំៗ៖
១. ម៉ាស៊ីនថាមពល៖ ឧបករណ៍ដែលផលិតថាមពលមេកានិចពីថាមពលសារធាតុរាវ ឧទាហរណ៍ ទួរប៊ីនទឹក (ទួរប៊ីនធារាសាស្ត្រ) និងទួរប៊ីនចំហាយទឹក។
២. ម៉ាស៊ីនរំកិលសារធាតុរាវ៖ ឧបករណ៍ដែលផ្តល់ថាមពលដល់សារធាតុរាវ ដើម្បីឱ្យពួកវាអាចរំកិល ឬផ្លាស់ប្តូរសម្ពាធរបស់ពួកវា ឧទាហរណ៍ ស្នប់ ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ និងកង្ហារ។
ភាពខុសគ្នាចម្បងរវាងទាំងពីរនេះគឺស្ថិតនៅលើទិសដៅនៃការផ្ទេរថាមពល៖ ទួរប៊ីនទទួលយកថាមពលពីសារធាតុរាវ ខណៈពេលដែលម៉ាស៊ីនបូម/ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់បន្ថែមថាមពលទៅក្នុងសារធាតុរាវ។
លក្ខណៈសម្បត្តិជាមូលដ្ឋាននៃសារធាតុរាវ និងផលប៉ះពាល់របស់វា
សារធាតុរាវមានលក្ខណៈដែលសម្គាល់ពួកវាពីសារធាតុរឹង។ សារធាតុរាវមិនអាចទប់ទល់នឹងកម្លាំងកាត់នៅពេលសម្រាកបានទេ។ ជាលទ្ធផល ពួកវាបន្តខូចទ្រង់ទ្រាយដើម្បីឱ្យស្របតាមធុងរបស់វា។ លក្ខណៈសម្បត្តិពីរដែលមានសារៈសំខាន់ជាពិសេសនៅក្នុងការវិភាគមេកានិចសារធាតុរាវគឺ៖
– ដង់ស៊ីតេ (ρ): កំណត់ថាតើសារធាតុរាវមានម៉ាស់ប៉ុន្មានក្នុងមួយឯកតាបរិមាណ។ ដង់ស៊ីតេប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់ទៅលើកម្លាំង សម្ពាធ និងថាមពលដែលផ្ទុកដោយសារធាតុរាវ។
– ភាពស្អិត (μ)៖ ជារង្វាស់នៃ «កម្រាស់» នៃសារធាតុរាវ ដែលប៉ះពាល់ដល់ការបាត់បង់កម្លាំងកកិតអំឡុងពេលហូរ។ ភាពស្អិតខ្ពស់ (ឧ. ប្រេង) បណ្តាលឱ្យមានភាពធន់នឹងលំហូរខ្ពស់ជាងទឹក។
លើសពីនេះ នៅក្នុងឧស្ម័ន សមត្ថភាពបង្ហាប់គឺជាកត្តាសំខាន់មួយ៖ ការប្រែប្រួលសម្ពាធអាចបណ្តាលឱ្យមានការប្រែប្រួលដង់ស៊ីតេ ដោយហេតុនេះប៉ះពាល់ដល់ដំណើរការរបស់ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ ទួរប៊ីនឧស្ម័ន និងប្រព័ន្ធបំពង់បង្ហូរឧស្ម័ន។
សម្ពាធ និងច្បាប់របស់ប៉ាស្កាល់
នៅក្នុងសារធាតុរាវដែលនៅស្ងៀម គោលគំនិតសំខាន់គឺសម្ពាធ។ សម្ពាធគឺជាកម្លាំងក្នុងមួយឯកតាផ្ទៃ ហើយនៅក្នុងសារធាតុរាវដែលនៅស្ងៀម សម្ពាធធ្វើសកម្មភាពគ្រប់ទិសទី។ ច្បាប់របស់ប៉ាស្កាល់ចែងថា សម្ពាធដែលបានអនុវត្តទៅលើសារធាតុរាវនៅក្នុងកន្លែងចង្អៀតមួយ ត្រូវបានបញ្ជូនស្មើៗគ្នាគ្រប់ទិសទី។ គោលការណ៍នេះគឺជាមូលដ្ឋាននៃប្រតិបត្តិការនៃប្រព័ន្ធធារាសាស្ត្រ ដូចជា ជញ្ជីងធារាសាស្ត្រ ហ្វ្រាំងធារាសាស្ត្រយានយន្ត និងម៉ាស៊ីនចុច។
នៅក្នុងមេកានិចសារធាតុរាវ ការយល់ដឹងអំពីសម្ពាធមិនឈប់នៅស្ងៀមនោះទេ។ នៅពេលដែលសារធាតុរាវហូរ សម្ពាធមានអន្តរកម្មជាមួយល្បឿន និងកម្ពស់—ដែលត្រូវបានសង្ខេបយ៉ាងស្រស់ស្អាតដោយសមីការរបស់ Bernoulli។
និរន្តរភាព៖ ការអភិរក្សម៉ាសក្នុងលំហូរ
គោលការណ៍ជាមូលដ្ឋានដំបូងនៅក្នុងចលនាសារធាតុរាវគឺសមីការបន្ត ដែលជាការអភិរក្សម៉ាស។ និយាយឱ្យសាមញ្ញ សម្រាប់លំហូរស្ថិរភាពនៅក្នុងបំពង់៖
- ប្រសិនបើផ្ទៃកាត់ផ្នែកថយចុះ ល្បឿនលំហូរនឹងកើនឡើង។
- ប្រសិនបើផ្ទៃកាត់កើនឡើង ល្បឿនលំហូរនឹងថយចុះ។
នៅក្នុងការអនុវត្តជាក់ស្តែង គោលការណ៍នេះពន្យល់ពីមូលហេតុដែលក្បាលបាញ់អាចបង្កើនល្បឿននៃទឹកបាញ់ ឬហេតុអ្វីបានជាម៉ែត្រខ្យល់អាចត្រូវបានប្រើដើម្បីវាស់អត្រាលំហូរដោយផ្អែកលើភាពខុសគ្នានៃសម្ពាធ។
សមីការ Bernoulli៖ ការអភិរក្សថាមពលក្នុងលំហូរ
គោលការណ៍សំខាន់បន្ទាប់គឺសមីការរបស់ Bernoulli ដែលចែងថានៅក្នុងលំហូរដ៏ល្អ (គ្មានការកកិត និងគ្មានម៉ាស៊ីន) បរិមាណថាមពលក្នុងមួយឯកតាទម្ងន់នៃសារធាតុរាវគឺថេរតាមបណ្តោយខ្សែស្ទ្រីម។ ថាមពលនេះមាន៖
១. ថាមពលសម្ពាធ
២. ថាមពលល្បឿន (ចលនា)
៣. ថាមពលកម្ពស់ (សក្តានុពលដោយសារទំនាញផែនដី)
នៅក្នុងការអនុវត្តវិស្វកម្មសារធាតុរាវ ប៊ែរនូលីត្រូវបានប្រើដើម្បីយល់ពីបាតុភូតដូចជាការធ្លាក់ចុះសម្ពាធនៅចំណុចរួមតូចនៅក្នុងបំពង់ ការលើកសារធាតុរាវជាមួយនឹងភាពខុសគ្នានៃកម្ពស់ និងជាមូលដ្ឋានសម្រាប់ការវិភាគឧបករណ៍វាស់លំហូរជាច្រើន។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ លំហូរពិតប្រាកដតែងតែមានការកកិត។ ដូច្នេះ សមីការ Bernoulli ត្រូវការកែប្រែដោយបន្ថែមការខាតបង់ក្បាល និងការងាររបស់ស្នប់ ឬទួរប៊ីន។
ក្បាល ថាមពល និងប្រសិទ្ធភាពនៅក្នុងម៉ាស៊ីនសារធាតុរាវ
ពាក្យថា ក្បាល (head) ត្រូវបានគេប្រើជាញឹកញាប់នៅក្នុងមេកានិចសារធាតុរាវ ជាពិសេសស្នប់ និងទួរប៊ីន។ ក្បាល (Head) អាចយល់បានថាជា "ថាមពលក្នុងមួយឯកតាទម្ងន់" ដែលបង្ហាញជាម៉ែត្រ។ ឧទាហរណ៍៖
– ស្នប់បង្កើនក្បាលដើម្បីឱ្យសារធាតុរាវអាចងើបឡើង ឬយកឈ្នះលើការបាត់បង់កម្លាំងកកិត។
– ទួរប៊ីនយកក្បាលទៅបំលែងវាទៅជាថាមពលមេកានិចនៅលើអ័ក្ស។
ថាមពលធារាសាស្ត្រដែលទាក់ទងនឹងលំហូរជាទូទៅអាស្រ័យលើការបញ្ចេញ (Q) ដង់ស៊ីតេ (ρ) សំទុះទំនាញ (g) និងក្បាល (H)។ នេះណែនាំគោលគំនិតនៃប្រសិទ្ធភាព ព្រោះមិនមែនថាមពលទាំងអស់ត្រូវបានបំប្លែងដោយជោគជ័យទៅជាទិន្នផលដែលមានប្រយោជន៍នោះទេ។ ប្រសិទ្ធភាពអាចថយចុះដោយសារតែការលេចធ្លាយ ការកកិតខាងក្នុង ភាពចលាចល និងការខាតបង់មេកានិចដូចជាការកកិតទ្រនាប់។
ការបាត់បង់លំហូរ៖ ការកកិត និងភាពច្របូកច្របល់
នៅក្នុងប្រព័ន្ធពិត ការបាត់បង់ថាមពលគឺជាទិដ្ឋភាពមួយដែលមិនអាចមើលរំលងបាន។ មានការបាត់បង់ពីរប្រភេទសំខាន់ៗ៖
១. ការខាតបង់ធំៗ៖ កើតឡើងតាមបណ្តោយបំពង់ដោយសារតែការកកិតរវាងសារធាតុរាវ និងជញ្ជាំងបំពង់។
2. ការខាតបង់តិចតួច៖ កើតឡើងនៅក្នុងគ្រឿងបន្លាស់ដូចជាពត់កោង វ៉ាល់ សន្លាក់ ការពង្រីកភ្លាមៗ ឬការរួមតូចភ្លាមៗ។
ការខាតបង់ទាំងនេះប៉ះពាល់ដល់ការជ្រើសរើសស្នប់ ទំហំបំពង់ ការប្រើប្រាស់ថាមពល និងសូម្បីតែថ្លៃដើមប្រតិបត្តិការប្រព័ន្ធ។ ដូច្នេះ ការរចនាប្រព័ន្ធសារធាតុរាវល្អតែងតែធ្វើឱ្យមានតុល្យភាពរវាងការវិនិយោគ (ឧទាហរណ៍ បំពង់ធំជាង) ជាមួយនឹងថ្លៃដើមប្រតិបត្តិការ (ថាមពលស្នប់)។
ម៉ាស៊ីនសារធាតុរាវបឋម៖ ម៉ាស៊ីនបូម ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ និងទួរប៊ីន
១. ស្នប់
ស្នប់ត្រូវបានប្រើដើម្បីផ្លាស់ទីសារធាតុរាវពីសម្ពាធទាបទៅសម្ពាធខ្ពស់។ ប្រភេទស្នប់ទូទៅគឺ៖
– ម៉ាស៊ីនបូមទឹកប្រភេទ centrifugal៖ ប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយដោយសារតែការសាងសង់សាមញ្ញរបស់វា ហើយសមរម្យសម្រាប់ការបញ្ចេញទឹកច្រើន។
– ស្នប់ផ្លាស់ទីលំនៅវិជ្ជមាន៖ សមរម្យសម្រាប់សម្ពាធខ្ពស់ និងអត្រាលំហូរតូចជាង ឧទាហរណ៍ ស្នប់ពីស្តុង ឬស្នប់ហ្គែរ។
ការជ្រើសរើសស្នប់អាស្រ័យលើអត្រាលំហូរ ក្បាលម៉ាស៊ីន ប្រភេទសារធាតុរាវ និងលក្ខខណ្ឌប្រតិបត្តិការដែលត្រូវការ។
2. ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ និងកង្ហារ
ចំពោះឧស្ម័ន ឧបករណ៍ផ្ទេរសារធាតុរាវជាធម្មតាមាន៖
– កង្ហារ (កង្ហារ) សម្រាប់ការកើនឡើងសម្ពាធតិចតួច
- ផ្លុំខ្យល់សម្រាប់សម្ពាធមធ្យម,
- ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់សម្រាប់សម្ពាធខ្ពស់។
ម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ត្រូវបានប្រើនៅក្នុងទូរទឹកកក ប្រព័ន្ធខ្យល់ ទួរប៊ីនឧស្ម័ន និងដំណើរការគីមី។ ការវិភាគមានភាពស្មុគស្មាញជាង ពីព្រោះឧស្ម័នងាយនឹងផ្លាស់ប្តូរដង់ស៊ីតេ។
៣. ទួរប៊ីន
ទួរប៊ីនបំលែងថាមពលសារធាតុរាវទៅជាថាមពលមេកានិច។ ទួរប៊ីនទឹក (ដូចជា Pelton, Francis និង Kaplan) ត្រូវបានជ្រើសរើសដោយផ្អែកលើក្បាលម៉ាស៊ីន និងអត្រាលំហូរ។ ទួរប៊ីនចំហាយទឹក និងហ្គាសត្រូវបានគេប្រើប្រាស់ជាទូទៅនៅក្នុងរោងចក្រថាមពល ពីព្រោះវាអាចផលិតថាមពលបានច្រើនជាមួយនឹងប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ក្រោមលក្ខខណ្ឌជាក់លាក់។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
ការយល់ដឹងអំពីគោលការណ៍នៃមេកានិចសារធាតុរាវមានន័យថា ការយល់ដឹងពីរបៀបដែលសារធាតុរាវផ្ទុកម៉ាស សន្ទុះ និងថាមពល — និងរបៀបដែលម៉ាស៊ីនប្រើប្រាស់ ឬបន្ថែមថាមពលនោះ។ មូលដ្ឋានគ្រឹះរួមមានលក្ខណៈសម្បត្តិជាមូលដ្ឋាននៃសារធាតុរាវ សម្ពាធ និងច្បាប់ប៉ាស្កាល់ សមីការបន្ត សមីការប៊ែរនូលី គោលគំនិតនៃក្បាល និងប្រសិទ្ធភាព និងការខាតបង់លំហូរ។ ជាមួយនឹងមូលដ្ឋានគ្រឹះនេះ យើងអាចវិភាគ និងរចនាប្រព័ន្ធដែលមានសុវត្ថិភាពជាងមុន សន្សំសំចៃថាមពលជាងមុន និងអាចទុកចិត្តបានជាងមុន — មិនថាសម្រាប់ការដំឡើងទឹកស្អាត ប្រព័ន្ធត្រជាក់ឧស្សាហកម្ម ឬរោងចក្រថាមពលទ្រង់ទ្រាយធំនោះទេ។ គោលការណ៍ទាំងនេះមិនមែនគ្រាន់តែជាទ្រឹស្តីប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែមានភាពជាក់ស្តែងខ្លាំងនៅក្នុងលំហូរនីមួយៗដែលយើងជួបប្រទះជារៀងរាល់ថ្ងៃ។
