การลดปริมาณการใช้พลังงานของยานพาหนะด้วยการลดแรงดันอากาศ Aerodynamic DragReduction by Boundary Layer Disturbance For Energy Conservation

ชื่อผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
  • กันต์ศักดิ์ ชัยมงคลชาติ

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
  • อรรณพ เรืองวิเศษ

สถาบันการศึกษาที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์

ระดับการศึกษา

โครงงานในระดับการศึกษาประกาศนียบัตรวิชาชีพ

หมวดวิชา

โครงงานในสาขาวิชาฟิสิกส์

วันที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

01 มกราคม 2541

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

การเคลื่อนที่ของยานพาหนะผ่านอากาศนั้นจะเกิดแรงต้านอากาศที่เกิดจากแรงเสียดทานระหว่างอากาศกับผิวตัวยานและแรงต้านอากาศที่เกิดจากความแตกต่างของแรงดันอากาศบริเวณหน้ายานพาหนะกับท้ายยานพาหนะซึ่งแรงต้านอากาศที่เกิดขึ้นจากทั้งสองปัจจัยนี้ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนที่ไป ทำให้ประสิทธิภาพในการเคลื่อนที่ของยานพาหนะลดลง ซึ่งรูปทรงของยานพาหนะส่วนใหญ่ที่ใช้กันอยู่บนท้องถนนนั้นมักเกิดการสูญเสียพลังงานไปกับแรงต้านอากาศที่เกิดจากความแตกต่างของแรงดันบริเวณหน้ายานพาหนะกับท้ายยานพาหนะ เนื่องจากยาพาหนะที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันมีข้อจำกัดในเรื่องของที่ว่างภายในเพื่อใช้เป็นห้องโดยสารและที่สำหรับเก็บสัมภาระต่างๆ ทำให้ตัวยานต้องมีความสูงมากพอสมควร ทำให้ไม่สามารถออกแบบตัวยานให้ลานเอียงและลดความสูงของตัวยานลงได้ไม่มากเหมือนยานพาหนะที่ใช้ในการแข่งขัน ซึ่งแรงต้านอากาศชนิดนี้เกิดจากอากาศที่ไหลผ่านตัวยานเกิดการแยกตัวขึ้นที่ท้ายของตัวยาน ทำให้เกิดระลอกอากาศ (Wake) ที่ทำให้แรงดันอากาศท้ายยานน้อยกว่าหน้ายาน ส่งผลให้เกิดแรงต้านการเคลื่อนที่ขึ้น โครงงานนี้จึงเกิดขึ้น เพื่อลดค่าแรงต้านอากาศของยานพาหนะที่เกิดจากความแตกต่างกันของแรงดันอากาศบริเวณหน้ายานพาหนะกับท้ายยานพาหนะ โดยการทดลองแบ่งการทดลองออกเป็น 3 รูปแบบ คือ การทดลองกับแบบจำลองชนิดแผ่นบาง (Plate) การทดลองกับแบบจำลองที่มีความหนารูปทรงอย่างง่ายและการทดลองกับแบบจำลองที่มีรูปน่างคล้ายยานพาหนะ โดยการทดลองได้ศึกษาปัจจัยที่มีผลต่อแรงต้านการเคลื่อนที่ทั้งหมด 3 ตัวแปร คือ ขนาดของหลุม จำนวนหลุม มุมปะทะลม โดยปัจจัยเหล่านี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างการไหลของอากาศ จากการไหลที่เป็นระเบียบ(Laminar) เป็นการไหลแบบอลวน (Turbulent) ทำให้จุดที่การไหลของอากาศแยกจากกันนั้นเลื่อนไปด้านหลัง ทำให้ชั้นของอากาศใกล้ผิวยานพาหนะ (Boundary layer) นั้นยังคงสัมผัสกับพื้นผิวในระยะที่มากขึ้น ทำให้ระลอกอากาศ (Wake) ที่เกิดขึ้นด้านหลังยานพาหนะนั้นลดลง ทำให้การไหลของอากาศไหลตามรูปของตัวยานมากขึ้น ส่งผลให้เกิดแรงต้านการเคลื่อนที่น้อยลง ผลการทดลองที่ได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าสามารถลดแรงต้านอากาศโดยเปลี่ยนทิศทางการไหลของอากาศได้ ดังผลการทดลองหนึ่งคือ สามารถลดการต้านทานอากาศลงไปได้ 22.6 % จากการออกแบบจำลองที่มีรูปร่างคล้ายยานพาหนะที่มีหลุมรัศมี 4.7 mm อยู่บริเวณค่อนไปท้ายยาน จำนวนหลุม 2 แถว เมื่อเทียบกับแบบจำลองที่ไม่ได้รับการพัฒนา ที่ความเร็วลมเดียวกันคือ 17 m/s