การประชุมวิชาการและผลงานวิจัย มหาวิทยาลัยทักษิณ ครั้งที่ 17 2550 - page 50

การจํ าลองแบบการถายเทความรอนในดินภายใตเงื่อนไขสภาวะอากาศตามธรรมชาติ
Simulation of Heat Transfer in Soil under Natural Climatic Condition
นฤทธิ์ กลอมพงษ1* และ จอมภพ แววศักดิ์2
Narit Klompong1 and Jompob Waewsak2
บทคัดยอ
งานวิจั ยนี้เปนการศึกษาการจําลองแบบทางคณิตศาสตร ของการถ ายเทความรอนในดินภายใต สภาวะ
อากาศตามธรรมชาติ โดยการอาศัยสมการสมดุลพลังงานซึ่งมี พื้นฐานมาจากกลไกการถายเทความรอนเปนสมการ
ควบคุมและใชแบบจําลองทางคณิตศาสตรของพารามิเตอร ตางๆ ซึ่งเปนเงื่อนไขสภาพแวดลอม รวมทั้ งอาศัยสมบั ติ
ทางกายภาพตางๆ ของดินในการจําลองแบบ โดยในแบบจําลองนี้ได อาศัยระเบียบวิธี แบบไมชัดแจงโดยใชระเบียบ
วิธี ผลตางสื บเนื่องสําหรับการแกสมการเชิงอนุ พันธยอยและใช ระเบียบวิ ธีทําซ้ํ าหนึ่งขั้นของเกาส-ไซเดลสําหรั บการ
คํานวณหาอุณหภูมิดิน ณ ตํ าแหนงตางๆ โดยมี เงื่อนไขในการจําลองแบบที่ระยะห าง 0.05 m ขั้นเวลา 300 s โดยใช
โปรแกรม MATLAB สํ าหรับพัฒนารหัสคอมพิวเตอร จากแบบจําลองไดทํานายการเปลี่ ยนแปลงของอุณหภูมิดินที่
ระดับพื้นผิวถึงระดับความลึก 3 m เปนรายชั่ วโมงของ 4 วันสําคัญทางดาราศาสตรไดแกวันที่ 21 มี.ค. 21 มิ.ย. 21
ก.ย. และ 21 ธ.ค. ผลจากแบบจําลองทางคณิตศาสตรพบวา อุณหภูมิดินทั้ง 4 วัน มีการเปลี่ยนแปลงอยางมากในชวง
ระดับความลึก 0-0.5 m ที่ระดับความลึกมากกวา 0.5 m อุณหภู มิดินมี คาคงที่ นอกจากนี้ยังพบวาบริ เวณผิวดินมี คา
อุณหภูมิดินสูงสุดและต่ําสุด โดยมีคาสูงสุด 45.95 o C ในวันที่ 21 มิ.ย. และมีคาต่ําสุ ด 26.61 o C ในวันที่ 21 ธ.ค.
คําสําคัญ : การจําลองแบบ; การถายเทความรอน; ผลตางสื บเนื่อง; ระเบียบวิธีแบบไมชัดแจง
Abstract
The aim of this research was to simulate the heat transfer in soil under natural climatic condition. This
was done by applying the energy balance on the basis of heat transfer mechanism as governing equations and
using mathematical model of such climatic conditions as well as physical properties of soil was also used as inputs
of the model. For implementing the model based upon the numerical scheme, the implicit finite difference method
was used to discretize the parabolic equations. Gauss-Seidel single step iteration was then used to compute the soil
temperature at various depths. The spacing was 0.05 m and the time step was 300 s for maintaining the stability of
computer programming. The MATLAB was used to develop the computer code. Numerical results showed the
hourly variations of soil temperature from surface to 3.0 m on 21 Mar, 21 Jun, 21 Sep and 21 Dec respectively.
Numerical results revealed that soil temperature varied largely within 0.5 m. The soil temperature at depths below
0.5 m was nearly constant. The maximum temperatures were 45.95 o C on 21 March and the minimum
temperatures were 26.61 o C on 21 Dec.
Keywords: Simulation; Heat Transfer; Finite Difference; Implicit Method
1*นิสิ ตปริญญาโท สาขาวิชาฟสิ กส ภาควิชาฟสิกส คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยทักษิณ สงขลา 90000
2 ผูชวยศาสตราจารย ศูนยวิ จัยและสาธิตระบบพลังงานทดแทน ภาควิชาฟสิ กส คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยทักษิณ พัทลุง 93110
* โทร. 074-693995 โทรสาร 074-693975 อีเมลล klompong_rit@hotmail.com