Original Title: Simulation and optimization of centrifugal propellers for Pacific white shrimp harvesting
Source: doi.org/10.34044/j.anres.2023.57.5.06
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការក្លែងធ្វើ និងការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវស្លាបចាក់ម៉ាស៊ីនបូមទឹកប្រភេទសេនទ្រីហ្វុយហ្គាល់ សម្រាប់ការប្រមូលផលបង្គាសប៉ាស៊ីហ្វិក

ចំណងជើងដើម៖ Simulation and optimization of centrifugal propellers for Pacific white shrimp harvesting

អ្នកនិពន្ធ៖ Songphon Thoetrattanakiat (Rajamangala University of Technology Thanyaburi), Kiattisak Sangpradit (Rajamangala University of Technology Thanyaburi)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2023 (Agriculture and Natural Resources)

វិស័យសិក្សា៖ Agricultural Engineering

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ការប្រមូលផលបង្គាតាមបែបប្រពៃណីនៅតែមានកម្រិត និងត្រូវការកម្លាំងពលកម្មច្រើន ខណៈពេលដែលវិធីសាស្រ្តប្រើម៉ាស៊ីនបច្ចុប្បន្នអាចធ្វើឱ្យខូចខាតដល់រូបរាងបង្គា។ ការសិក្សានេះស្វែងរកដំណោះស្រាយដោយការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវម៉ាស៊ីនបូមទឹកប្រភេទសេនទ្រីហ្វុយហ្គាល់ (Centrifugal pump) ដើម្បីប្រមូលផលបង្គាសប៉ាស៊ីហ្វិកប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព និងមិនប៉ះពាល់ដល់គុណភាពបង្គា។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ អ្នកស្រាវជ្រាវបានវាយតម្លៃការរចនាស្លាបចាក់ចំនួន ៥ ប្រភេទ និងល្បឿនបង្វិលផ្សេងៗគ្នា ដោយប្រើប្រាស់កម្មវិធីកុំព្យូទ័រ និងការសាកល្បងផ្ទាល់ដោយមានការផ្ទៀងផ្ទាត់។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
IM1 Impeller (Optimal Design)
ស្លាបចាក់ម៉ូដែល IM1 (ជម្រើសល្អបំផុត)
ផ្តល់អត្រាលំហូរទឹកខ្ពស់ និងរក្សាសម្ពាធបានល្អ ដែលស័ក្តិសមបំផុតសម្រាប់ការប្រមូលផលបង្គាដោយមិនធ្វើឱ្យខូចខាតដល់រូបរាង និងគុណភាពរបស់វា។ ត្រូវការការកំណត់ល្បឿនបង្វិលឲ្យបានច្បាស់លាស់ (កម្រិត 270 RPM គឺល្អបំផុត) ដើម្បីចៀសវាងការខូចខាតដោយសារកម្រិតសម្ពាធខ្លាំងពេកនៅពេលម៉ាស៊ីនដើរលឿន។ សម្រេចបានអត្រាលំហូរ 657 m³/hr និងសម្ពាធសុវត្ថិភាព 157,864 Pa ទៅលើខ្លួនបង្គានៅល្បឿន 270 RPM។
IM3 Impeller (Prototype for Validation)
ស្លាបចាក់ម៉ូដែល IM3 (គំរូសម្រាប់ផ្ទៀងផ្ទាត់)
មានភាពសុក្រឹតខ្ពស់ក្នុងការផ្ទៀងផ្ទាត់ភាពត្រឹមត្រូវនៃលទ្ធផលក្លែងធ្វើកុំព្យូទ័រ (CFD) រហូតដល់ 96.26% និងស័ក្តិសមសម្រាប់ការដឹកជញ្ជូនវារីសត្វ ឬត្រីតូចៗ។ ផ្តល់អត្រាលំហូរទឹកទាបបំផុត បើធៀបនឹងម៉ូដែលដទៃ ដែលធ្វើឱ្យវាមិនស័ក្តិសមសម្រាប់ការប្រមូលផលបង្គាក្នុងស្រះខ្នាតធំដែលត្រូវការលំហូរទឹកលឿននោះទេ។ មានអត្រាលំហូរទាបបំផុតត្រឹម 17 m³/hr ទៅ 425 m³/hr ប៉ុន្តែបង្កើតកម្រិតសម្ពាធខ្ពស់ប្រហាក់ប្រហែលនឹង IM1 ។
IM2, IM4, & IM5 Impellers
ស្លាបចាក់ម៉ូដែល IM2, IM4, និង IM5
អាចបង្កើតអត្រាលំហូរទឹកបានខ្ពស់គ្រាន់បើ និងមានជម្រើសរន្ធចេញ (exits) ច្រើនផ្សេងៗគ្នា (២ ទៅ ៣ រន្ធ) សម្រាប់ការប្រើប្រាស់ទូទៅ។ ដំណើរការមិនសូវមានស្ថិរភាព និងមិនមានភាពបត់បែនល្អដូចម៉ូដែល IM1 ក្នុងការរក្សាតុល្យភាពរវាងលំហូរទឹក និងសម្ពាធសុវត្ថិភាពលើខ្លួនបង្គា។ បង្កើតសម្ពាធបានប្រហាក់ប្រហែលគ្នា ប៉ុន្តែមានអត្រាលំហូរទឹកនិងប្រសិទ្ធភាពរួមទាបជាងម៉ូដែល IM1 នៅល្បឿនគោលដៅ។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការសិក្សានេះទាមទារការប្រើប្រាស់កម្មវិធីកុំព្យូទ័រដែលមានអាជ្ញាប័ណ្ណសម្រាប់ការក្លែងធ្វើសក្ដានុពលសន្ទនីយ៍កម្រិតខ្ពស់ រួមជាមួយនឹងម៉ាស៊ីនបូមទឹកខ្នាតធំសម្រាប់ការសាកល្បងផ្ទាល់។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះត្រូវបានធ្វើឡើងនៅក្នុងខេត្តអយុធ្យា ប្រទេសថៃ ដោយផ្តោតលើការប្រមូលផលបង្គាសប៉ាស៊ីហ្វិក (Litopenaeus vannamei) ក្នុងទំហំពី ២០-២៩ ក្បាលក្នុងមួយគីឡូក្រាម។ លក្ខខណ្ឌអាកាសធាតុ និងបរិបទនៃការចិញ្ចឹមបង្គានៅប្រទេសថៃមានភាពស្រដៀងគ្នាខ្លាំងទៅនឹងប្រទេសកម្ពុជា ដែលធ្វើឱ្យទិន្នន័យនេះមានអត្ថប្រយោជន៍ខ្ពស់សម្រាប់ការយកមកអនុវត្តនៅក្នុងវិស័យវារីវប្បកម្មនៅកម្ពុជា ទោះបីជាចាំបាច់ត្រូវមានការវាយតម្លៃ និងកែសម្រួលល្បឿនបង្វិលម៉ាស៊ីន (RPM) ទៅតាមទំហំបង្គាជាក់ស្តែងរបស់កសិដ្ឋាននីមួយៗក៏ដោយ។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

បច្ចេកវិទ្យាម៉ាស៊ីនបូមទឹកប្រភេទសេនទ្រីហ្វុយហ្គាល់សម្រាប់ការប្រមូលផលនេះ គឺមានសក្តានុពលខ្ពស់ក្នុងការធ្វើទំនើបកម្មវិស័យចិញ្ចឹមបង្គានៅកម្ពុជា។

ការដាក់បញ្ចូលបច្ចេកវិទ្យាម៉ាស៊ីនប្រមូលផលបង្គានេះទៅក្នុងវិស័យវារីវប្បកម្មកម្ពុជា នឹងជួយបង្កើនផលិតភាព កាត់បន្ថយការខាតបង់ និងជំរុញការប្រើប្រាស់គ្រឿងចក្រប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពជំនួសឱ្យពលកម្មដោយដៃ។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាអំពីមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃ CFD: ចាប់ផ្តើមរៀនសូត្រអំពី Computational Fluid Dynamics (CFD) និងការប្រើប្រាស់កម្មវិធី SolidWorks Flow SimulationANSYS Fluent ដើម្បីយល់ពីរបៀបវាយតម្លៃសក្ដានុពលនៃលំហូរទឹក និងការចែកចាយសម្ពាធ។
  2. វិភាគលើការរចនាស្លាបចាក់ (Impeller Design): ធ្វើការសិក្សាប្រៀបធៀបលើប្រភេទស្លាបចាក់ម៉ាស៊ីនបូមទឹក (Centrifugal pump impellers) ដោយផ្តោតលើភាពខុសគ្នារវាងម៉ូដែលប្រើស្លាប (Finned) និងមិនប្រើស្លាប (Finless) ដើម្បីស្វែងយល់ពីផលប៉ះពាល់របស់វាទៅលើរូបរាងសត្វវារីវប្បកម្មនៅពេលបូម។
  3. បង្កើតគំរូក្លែងធ្វើ (Simulation Setup): រៀបចំការក្លែងធ្វើដោយប្រើប្រាស់ម៉ូដែល 3D នៃម៉ាស៊ីនបូមទឹក រួចកំណត់ប៉ារ៉ាម៉ែត្រសំខាន់ៗដូចជា ល្បឿនបង្វិល (RPM) អត្រាលំហូរទឹក កម្រិតសម្ពាធ និងប្រើប្រាស់ k-ε turbulence model ដើម្បីស្វែងរកចំណុចប្រសើរជាងគេ (Optimization)។
  4. ការកសាងគំរូសាកល្បងតូចតាច (Prototyping): ប្រើប្រាស់ម៉ាស៊ីនបោះពុម្ព 3D (3D Printing) ឬសហការជាមួយរោងជាងមេកានិកដើម្បីផលិតគំរូស្លាបចាក់ខ្នាតតូច រួចតម្លើងភ្ជាប់ជាមួយអាំងវែរទ័រ (Inverter) និងម៉ូទ័រដើម្បីត្រៀមធ្វើតេស្តជាក់ស្តែង។
  5. ការប្រមូលទិន្នន័យ និងការផ្ទៀងផ្ទាត់ (Validation): ធ្វើតេស្តសាកល្បងបូមទឹកក្នុងមន្ទីរពិសោធន៍ ដោយប្រើប្រាស់ឧបករណ៍វាស់ស្ទង់ជាក់ស្តែងដូចជា Ultrasonic flow meter និងប្រៀបធៀបទិន្នន័យដែលទទួលបានជាមួយនឹងលទ្ធផលពីកម្មវិធី SolidWorks រួចធ្វើការកែសម្រួលដើម្បីបង្កើនភាពត្រឹមត្រូវ និងប្រសិទ្ធភាព។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Centrifugal pump (ម៉ាស៊ីនបូមទឹកប្រភេទសេនទ្រីហ្វុយហ្គាល់) វាជាប្រភេទម៉ាស៊ីនបូមទឹកដែលប្រើប្រាស់កម្លាំងចលនារង្វិលជុំ (Centrifugal force) ដើម្បីទាញទឹកពីប្រឡោះកណ្តាល ហើយរុញបាញ់ចេញទៅខាងក្រៅតាមរយៈកម្លាំងវិលរបស់ស្លាបចាក់។ នៅក្នុងការសិក្សានេះ វាត្រូវបានប្រើប្រាស់រួមជាមួយទឹកដើម្បីបូមប្រមូលផលបង្គាចេញពីស្រះ។ ប្រៀបដូចជាការបង្វិលឆ័ត្រយ៉ាងលឿនពេលកំពុងទទូរភ្លៀង ដែលធ្វើឱ្យដំណក់ទឹកខ្ទាតចេញទៅក្រៅតាមរង្វង់ជាយឆ័ត្រ។
Finless impeller (ស្លាបចាក់ប្រភេទគ្មានផ្លិត) ជាផ្នែកកណ្តាលនៃម៉ាស៊ីនបូមទឹកដែលវិលដើម្បីរុញច្រានទឹក ប៉ុន្តែវាត្រូវបានរចនាឡើងជាលក្ខណៈប្រហោង ឬមានរន្ធធំទូលាយ (គ្មានផ្លិតកង្ហារមុតស្រួច) ដើម្បីអនុញ្ញាតឱ្យសត្វវារីវប្បកម្មដូចជាបង្គា ឬកូនត្រី អាចឆ្លងកាត់បានដោយមិនដាច់ ឬប៉ះទង្គិចខូចទ្រង់ទ្រាយ។ ស្រដៀងនឹងការប្រើប្រាស់បំពង់ទឹកធំរលោងដើម្បីរុញវត្ថុទៅមុខ ជាជាងការប្រើកង្ហារដែលមានស្លាបមុតស្រួចដែលអាចកាត់វត្ថុនោះបាន។
Computational Fluid Dynamics (ការក្លែងធ្វើសក្ដានុពលសន្ទនីយ៍ដោយកុំព្យូទ័រ) ជារឿយៗហៅកាត់ថា CFD គឺជាការប្រើប្រាស់កម្មវិធីកុំព្យូទ័រ និងក្បួនគណិតវិទ្យាអនុវត្តន៍ដើម្បីក្លែងធ្វើ និងវិភាគពីរបៀបដែលសារធាតុរាវ (ទឹក) ផ្លាស់ទី ក៏ដូចជាការប៉ះទង្គិចគ្នាជាមួយវត្ថុរឹង (តួម៉ាស៊ីនបូម និងខ្លួនបង្គា) ដោយមិនចាំបាច់សាងសង់ម៉ាស៊ីនពិតប្រាកដមុនឡើយ។ ដូចជាការលេងហ្គេមក្លែងធ្វើ (Simulation) ដែលយើងអាចមើលឃើញមុនពីរបៀបដែលទឹកហូរ និងបុកទង្គិចនៅក្នុងបំពង់ ដោយមិនបាច់ចំណាយលុយទិញបំពង់ពិតប្រាកដមកធ្វើតេស្តនោះទេ។
Pump head (កម្ពស់ថាមពលបូម ឬ សម្ពាធក្បាលបូម) គឺជារង្វាស់នៃថាមពលសរុបដែលម៉ាស៊ីនបូមបានផ្តល់ទៅឱ្យសន្ទនីយ៍ (ទឹក) ដែលវាបង្ហាញពីសមត្ថភាពរបស់ម៉ាស៊ីនក្នុងការរុញទឹកឱ្យឡើងទីតាំងខ្ពស់ ឬទប់ទល់នឹងកម្លាំងកកិត និងសម្ពាធដែលមាននៅក្នុងប្រព័ន្ធបំពង់។ ប្រៀបដូចជាកម្លាំងរបស់មនុស្សម្នាក់ដែលអាចគប់ដុំថ្មបញ្ច្រាសទំនាញផែនដីបានចម្ងាយឬកម្ពស់ប៉ុណ្ណា។
Navier-Stokes equations (សមីការ ណាវីយេ-ស្តូក) ជាបណ្តុំសមីការរូបវិទ្យា និងគណិតវិទ្យាដ៏ស្មុគស្មាញដែលពិពណ៌នាអំពីច្បាប់រក្សាម៉ាស់ សន្ទុះ និងថាមពលរបស់សារធាតុរាវនៅពេលវាធ្វើចលនា ដែលជាមូលដ្ឋានគ្រឹះចម្បងបំផុតនៅក្នុងកម្មវិធីគណនា និងក្លែងធ្វើលំហូរទឹក (CFD)។ គឺជាច្បាប់ចរាចរណ៍តាមបែបគណិតវិទ្យាដែលកំណត់យ៉ាងច្បាស់ពីរបៀបដែលទឹកត្រូវហូរ រួញ ពង្រីកខ្លួន ឬបែកខ្ចាត់ខ្ចាយពេលជួបឧបសគ្គ។
k-ε turbulence model (ម៉ូដែលចលនាច្របូកច្របល់ k-ε) ជាម៉ូដែលគណិតវិទ្យាមួយនៅក្នុងប្រព័ន្ធ CFD ដែលត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយសម្រាប់គណនា និងទស្សន៍ទាយពីកម្រិតនៃភាពច្របូកច្របល់ (Turbulence) របស់លំហូរទឹក ដែល k តំណាងឱ្យថាមពលគីនេទិច ហើយ ε តំណាងឱ្យអត្រាបាត់បង់ឬរលាយថាមពលនោះ។ ស្រដៀងនឹងរូបមន្តគណនាទស្សន៍ទាយពីកម្រិតនៃរលក និងទឹកកួចនៅក្នុងទន្លេនៅពេលដែលមានទឹកហូរខ្លាំងបុកនឹងសសរស្ពាន។
Pressure distribution (ការចែកចាយសម្ពាធ) គឺជាការវាស់ស្ទង់ និងបង្ហាញពីកម្រិតសម្ពាធខុសៗគ្នានៅតាមទីតាំងជាក់លាក់នីមួយៗនៅក្នុងតួម៉ាស៊ីនបូមទឹក ដើម្បីស្វែងរកមើលថាតើចំណុចណាដែលមានសម្ពាធខ្លាំងបំផុតដែលអាចបង្កគ្រោះថ្នាក់ ឬធ្វើឱ្យខូចខាតដល់ខ្លួនបង្គានៅពេលឆ្លងកាត់ទីនោះ។ ប្រៀបដូចជាផែនទីកម្តៅ (Heatmap) ដែលបង្ហាញពណ៌ខុសៗគ្នា ដើម្បីបញ្ជាក់ថាទីតាំងណាក្នុងបន្ទប់ត្រជាក់ជាងគេ និងកន្លែងណាក្តៅជាងគេ។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖