การเรียนรู้วิธีการ Model Air Filter ใน scSTREAM ถือเป็นทักษะสำคัญสำหรับวิศวกร CFD ที่ทำงานด้าน Ventilation, HVAC หรือระบบที่ต้องการควบคุมการไหลของอากาศอย่างแม่นยำ ไม่ว่าคุณจะออกแบบ Cleanroom, ห้องโดยสารรถยนต์ หรือกล่องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การจำลอง Air Filter อย่างถูกต้องคือหัวใจของการพยากรณ์ Pressure Loss, Airflow Behavior และ Thermal Performance
ในคู่มือฉบับนี้ คุณจะได้เรียนรู้วิธีตั้งค่า Filter Modeling ใน scSTREAM โดยใช้ข้อมูลจริง, Input Coefficients และ Validation Techniques เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีประสิทธิภาพและแม่นยำในกระบวนการ Simulation
สารบัญ
🔍 Filter ใน CFD คืออะไร?
Filter ในบริบทของ CFD มักถูกจำลองเป็น Porous Media ซึ่งมี คุณสมบัติต้านทานการไหลของอากาศ โดยอิงจากลักษณะทางกายภาพ เช่น ความหนา, ความหนาแน่นของเส้นใย และโครงสร้างการซ้อนชั้น แทนที่จะจำลองเส้นใยแต่ละเส้น เราใช้ค่าความต้านทานเทียบเท่าเพื่อแทนผลกระทบของ Filter ต่อการไหลของอากาศ
ใน scSTREAM การจำลองทำได้โดย:
- สร้าง Solid Region ที่แทนตำแหน่งของ Filter
- กำหนด Porous Media Properties โดยใช้ Resistance Coefficients
- ระบุทิศทางของการไหลและ Boundary Conditions
🎯 เป้าหมายคือการจำลอง Pressure Loss และ Velocity Drop ให้แม่นยำโดยไม่ซับซ้อนเกินไป
🧱 Step 1: เตรียม Geometry และตั้งค่า Condition Region
เริ่มจากการสร้าง Block Geometry ที่แทน Filter ในระบบจริง เช่น ภายในท่อ HVAC หรือกล่องอุปกรณ์
🧩 สร้าง Block หรือ Plate ที่ตรงกับตำแหน่ง Filter จริง
⚙️ จากนั้นเปลี่ยน Attribute ของ Geometry ให้เป็น “Condition Region” ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญ เพราะเราจะใช้ Region นี้ในการตั้งค่า Pressure Loss แทนการใช้ Material Properties
Source: Hexagon Simcompanion
💡 การใช้ Condition Region ช่วยให้เราตั้งค่า Pressure Loss ด้วย Input Parameters อย่าง Cf และ N ซึ่งสามารถนำมาจาก Test Data
🔧 Quick Tips:
- ✅ ใช้ความหนาของ Filter Block ให้ตรงกับขนาดจริง
- 🎯 ให้แนวของ Filter ตั้งฉากกับทิศทางของการไหล
- ❌ หลีกเลี่ยงช่องว่างระหว่าง Filter กับผนังด้านข้าง เว้นแต่ต้องการจำลอง Leakage
⚙️ Step 2: Apply Volumetric Pressure Loss in the Condition Region
หลังจากกำหนด Geometry และตั้งเป็น Condition Region แล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการใช้ Equation ของ Pressure Loss ผ่าน Condition Wizard
🧭 วิธีตั้งค่า:
- เปิด Condition Wizard
- เลือก Source Condition
- เลือก Volumetric Pressure Loss
- ป้อนค่า:
- Cf (Viscous Resistance Coefficient) — เทียบเท่า K ในกฎของ Darcy
- N (Inertial Resistance Coefficient) — เทียบเท่า C ใน Forchheimer Term
✏️ ตัวอย่าง:
Cf = 2.3 × 10^9 [1/m²]
N = 1.2 × 10^5 [1/m]
ค่าดังกล่าวสามารถเอได้จาก:
- 📄 Datasheet จากผู้ผลิต
- 📈 การ Fit กราฟ Pressure Drop vs. Velocity
- 🧪 ข้อมูลจากการทดลอง
📌 หมายเหตุ: scSTREAM คำนวณ Pressure Loss ต่อหน่วยความยาว ดังนั้นต้องแปลงหน่วยให้ถูกต้อง
💡 เทคนิคนี้ใช้ได้กับ Mesh Screen, HEPA Filter และ Ventilation Fin ด้วย
👉 อ่านเพิ่มเติมในบทความ Comprehensive Guide to scSTREAM Scripting
🌪 Step 3: ตั้งค่า Boundary Conditions
กำหนดขอบเขตการไหลของอากาศ:
- Inlet: ตั้งค่า Velocity หรือ Volumetric/Mass Flow Rate
- Outlet: ตั้งค่า Static Pressure หรือ Gauge Pressure = 0 Pa
- Optional: เพิ่ม Symmetry หรือ Wall Boundary ด้านข้าง
💬 หากมี Turbulence ให้เปิดใช้งานโมเดล เช่น k-ε หรือ SST
📐 Step 4: Mesh บริเวณ Filter อย่างเหมาะสม
- ใช้ Mesh อย่างน้อย 3–5 Cells ตลอดความหนาของ Filter
- หลีกเลี่ยง Mesh หยาบหรือผิดรูป
- ✅ เพื่อให้ได้ Pressure Gradient และ Velocity Drop ที่ถูกต้อง
💻 Step 5: Run the Simulation
เมื่อ Domain, Mesh, Material และ Boundary ถูกตั้งค่าแล้ว ให้ Run Solver และสังเกต:
- Pressure Contour ก่อนและหลัง Filter
- Streamline เพื่อดูการรบกวนของการไหล
- Velocity Profile ที่ Plane ของ Filter
🔍 จะเห็น Static Pressure และ Velocity ลดลงหลังผ่าน Filter
📊 Bonus: การตรวจสอบ Pressure Loss
ใช้สมการพื้นฐาน:
ΔP = Cf ⋅ μ ⋅ v + N ⋅ ½ ⋅ ρ ⋅ v²
โดยที่:
- ΔP = pressure drop
- Cf = viscous resistance coefficient [1/m²]
- N = inertial resistance coefficient [1/m]
- μ = dynamic viscosity of air
- ρ = air density
- v = velocity through the filter
📌 เปรียบเทียบผลลัพธ์กับ Lab Data หรือ Datasheet เพื่อความแม่นยำ
🧠 Optional: Particle Tracking สำหรับการวิเคราะห์ประสิทธิภาพการกรอง
scSTREAM รองรับ:
- Lagrangian Particle Tracking
- Deposition Models
- การประเมิน Filtration Rate
ช่วยให้วิเคราะห์:
- พฤติกรรม Clogging ในการ Simulation แบบหลายขั้นตอน
- การจับตัวของอนุภาค
📎 ตัวอย่างการใช้งานจริง
การเข้าใจวิธีการ Model Air Filter ใน scSTREAM มีประโยชน์ในหลากหลายอุตสาหกรรม:
- 🚗 Automotive (Cabin Air Filters)
- 🏢 HVAC (Ventilation Ducts, HEPA Filters)
- 📦 Consumer Electronics (Cooling Fans with Mesh Filters)
- 🧪 Cleanroom Design (Laminar Airflow with Filtration)
✅ Pre-Run Checklist
🔲 Geometry แยก Filter ออกเป็นชิ้นเฉพาะ
🔲 Assign ค่า Cf และ N ใน Porous Media อย่างถูกต้อง
🔲 Boundary Conditions ถูกต้อง
🔲 ตรวจสอบคุณภาพ Mesh
🔲 Pressure Drop อยู่ในช่วงที่คาดการณ์
🔲 เลือก Field สำหรับ Post-Processing
👉 ดู Case Study: Improving Thermal Comfort in Thailand with scSTREAM เพื่อเรียนรู้การประยุกต์ใช้จริง
แหล่งข้อมูลอ้างอิง
- Hexagon SimCompanion – How to model air filter in scSTREAM — Describes the step‑by‑step process of creating a filter block, setting it as a condition region, applying volumetric pressure loss, extracting Cf and N from test data, and validating results simcompanion.hexagon.com.
