ฟิสิกส์ระดับจุลภาคของหมอก: เครื่องพ่นน้ำหอมส่งกลิ่นหอมชั้นดีได้อย่างไร

วีรบุรุษผู้ไม่ร้องของพิธีกรรมประจำวัน

ผู้ถ่อมตน เครื่องพ่นน้ำหอม หรือเครื่องฉีดน้ำเป็นหนึ่งในชิ้นส่วนทางวิศวกรรมที่มีคนใช้มากที่สุดในโลกของการดูแลส่วนบุคคล อุปกรณ์เรียบง่ายนี้เป็นมากกว่าแค่ท่อและหัวฉีด มันเป็นความมหัศจรรย์ขนาดจิ๋วของกลไกของของไหลที่เปลี่ยนกลิ่นหอมของของเหลวให้กลายเป็นหมอกที่ละเอียดอ่อนในอากาศ การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่ใช่เวทมนตร์ แต่เป็นฟิสิกส์ที่บริสุทธิ์ โดยหลักๆ แล้วใช้ประโยชน์จากหลักการที่ควบคุมพฤติกรรมของของไหลภายใต้แรงกดดันที่เปลี่ยนแปลง

ศาสตร์แห่งการทำให้เป็นละออง: หลักการของเบอร์นูลลีในการดำเนินการ

กลไกหลักของสไตล์กระเปาะคลาสสิกหรือปั๊มแอคชั่นสมัยใหม่ เครื่องพ่นน้ำหอม อาศัยแนวคิดพื้นฐานประการหนึ่งอย่างมาก: หลักการของเบอร์นูลลี .

ความเร็วสูง ความดันต่ำ

เมื่อคุณกดปุ่มสเปรย์บนขวดสมัยใหม่ คุณจะเปิดใช้งานปั๊มลูกสูบขนาดเล็ก ปั๊มนี้บังคับกระแสลมอย่างรวดเร็ว (หรือตัวน้ำหอมในการออกแบบที่ผสมผสานกันมากขึ้น) ผ่านช่องทางแนวนอนแคบ ๆ ที่พาดผ่านด้านบนของท่อแนวตั้งที่เรียกว่าท่อจุ่ม ซึ่งขยายลงสู่ถังเก็บน้ำหอมเหลว

ตามหลักการของเบอร์นูลลี การเพิ่มขึ้นของความเร็วของของไหล (อากาศหรือของเหลว) เกิดขึ้นพร้อมกันกับความดันสถิตที่ลดลง อากาศที่ไหลผ่านด้านบนของท่อจุ่มจะเร่งความเร็วอย่างมากเมื่อผ่านส่วนที่แคบที่สุดของกลไก การเร่งความเร็วอย่างรวดเร็วนี้ทำให้เกิดพื้นที่เฉพาะที่ ความดันต่ำ เหนือปลายเปิดของท่อจุ่มโดยตรง

การดูดและการยก

ความดันภายในขวดน้ำหอม โดยเฉพาะบนพื้นผิวของน้ำหอมเหลว ยังคงอยู่ที่ความดันบรรยากาศปกติ ซึ่งขณะนี้มีนัยสำคัญแล้ว สูงกว่า กว่าแรงดันที่ด้านบนของท่อจุ่ม ความแตกต่างของแรงกดดันนี้สร้างพลังอันทรงพลัง ความดันบรรยากาศที่สูงขึ้นบนพื้นผิวของเหลวจะดันน้ำหอมขึ้นไปบนท่อจุ่ม ซึ่งเอาชนะทั้งแรงโน้มถ่วงและแรงตึงผิวของของเหลว ทำให้เกิดแรงดูดที่ควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ของเหลวจะเพิ่มขึ้นและถูกดูดเข้าไปในกระแสลมความเร็วสูงที่ทางออกของหัวฉีด นี่คือช่วงเวลาที่น้ำหอมเหลวออกจากระบบภายในและเตรียมพร้อมสำหรับการเปลี่ยนแปลงครั้งสุดท้าย

จากกระแสของเหลวสู่เมฆอันหอมกรุ่น

ขั้นตอนสุดท้ายของ เครื่องพ่นน้ำหอม กลไกเป็นกระบวนการที่สำคัญของ การทำให้เป็นละออง ซึ่งตั้งชื่อทางเทคนิคให้กับอุปกรณ์ว่า: เครื่องฉีดน้ำ

การกระจายตัวที่หัวฉีด

เมื่อน้ำหอมเหลวพบกับอากาศที่มีความเร็วสูงที่ช่องทางออกเล็กๆ แรงเฉือน—แรงเสียดทานระหว่างอากาศที่เคลื่อนที่เร็วและของเหลวที่เคลื่อนที่ช้ากว่า—จะมีขนาดใหญ่มาก แรงนี้ขยายและแยกกระแสของเหลวที่ต่อเนื่องกันออกเป็นหยดเล็กๆ ที่แยกจากกันอย่างไม่น่าเชื่อ กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพมากจนของเหลวถูกสลายเป็นละอองลอย ซึ่งเป็นสารแขวนลอยของอนุภาคของเหลวละเอียดในอากาศ

หัวฉีดได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างแม่นยำเพื่อควบคุมขนาดของหยดเหล่านี้ หากหยดมีขนาดใหญ่เกินไป น้ำหอมก็จะ "ฉีด" หรือ "หยด" หากละเอียดเกินไปกลิ่นหอมก็จะสลายไปทันที ขนาดที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ว่าหมอกจะเดินทางไปในระยะทางสั้นๆ ตกลงบนผิวหนังหรือเสื้อผ้า และระเหยในอัตราที่ทำให้กลิ่นหอมที่ซับซ้อนของกลิ่นสามารถสัมผัสได้เมื่อเวลาผ่านไป โดยทั่วไปขนาดหยดนี้จะอยู่ที่ประมาณไม่กี่สิบไมโครเมตร

ระบบวาล์วและการจ่ายสารที่แม่นยำ

เครื่องพ่นสมัยใหม่ยังรวมเอาระบบวาล์วที่ซับซ้อนเข้าด้วยกัน ซึ่งมักจะมีลูกบอลหรือลูกสูบขนาดเล็กที่มีสปริงโหลด เมื่อปล่อยปุ่ม วาล์วนี้จะปิดทันที วิธีนี้จะป้องกันไม่ให้น้ำหอมอันมีค่ารั่วไหล รักษาซีลแรงดันอากาศ และที่สำคัญที่สุดคือตัดการไหลของของเหลวเพื่อให้แน่ใจว่าปั๊มแต่ละตัวจะปล่อยปริมาณตามมิเตอร์ที่แม่นยำเท่านั้น ความแม่นยำนี้จำเป็นต่อการเพิ่มอายุการใช้งานของน้ำหอมราคาแพงและป้องกันการใช้มากเกินไป

โดยพื้นฐานแล้ว เครื่องพ่นน้ำหอม เป็นตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบของพลศาสตร์ของไหลประยุกต์ โดยการนำกฎทางกายภาพที่มีมายาวนานกว่าสองศตวรรษมาบรรจุไว้ในเครื่องมือที่หรูหรา มีประสิทธิภาพ และขาดไม่ได้สำหรับผู้บริโภคยุคใหม่