Nhà nghiên cứu Kyle Smith của Đại học Illinois, cùng với các nghiên cứu sinh tiến sĩ Md Habibur Rahman và Vũ Đỗ, nghiên cứu sinh thạc sĩ Colby Warden, và sinh viên mới tốt nghiệp Irwin Loud IV (MSME 2023), đã công bố lý thuyết thiết kế đa tạp mới của họ (đang chờ cấp bằng sáng chế) trên tạp chí Vật lý Chất lỏng .
Tín dụng: Vật lý chất lỏng (2024). DOI: 10.1063/5.0211073
Bài báo của họ, “Một ống góp nhỏ gọn, áp suất thấp với dòng chảy đồng đều ở số Reynolds thấp,” cũng được các biên tập viên của tạp chí chọn làm bài báo nổi bật.
Smith, phó giáo sư khoa học và kỹ thuật cơ khí cho biết: “Tôi nghĩ điều thực sự thú vị từ quan điểm kỹ thuật cơ khí là trong mô hình thiết kế mà chúng tôi đã giới thiệu này, chúng tôi đang tận dụng các gradient áp suất trong ống góp để tạo ra dòng chảy đồng đều”.
Thường được phân loại theo mục đích của chúng (ví dụ: nạp hoặc xả), đa tạp đóng vai trò là các khối rỗng mà qua đó chất lỏng, chẳng hạn như không khí hoặc nước, đi qua để chuyển từ không gian này sang không gian khác. Ví dụ, đường ống nạp của ô tô tạo điều kiện thuận lợi cho luồng không khí xung quanh đi vào xi lanh của động cơ.
Lý thuyết của nhóm trình bày một chiến lược thiết kế hoàn toàn khác so với lý thuyết thiết kế đa tạp lâu đời trong tài liệu, trong đó ưu tiên đạt được áp suất đồng đều trong đa tạp. Lý thuyết của họ nêu rõ ba hạn chế về thiết kế phải được đáp ứng, hạn chế đầu tiên là giảm dần mặt cắt ngang của đầu hoặc cửa hút của ống góp một cách có chiến lược.
Smith nói về việc áp dụng lý thuyết: “Tùy thuộc vào loại mặt cắt bạn sử dụng, hình dạng của nó trong kênh tiêu đề, chức năng giảm dần sẽ có một dạng khác”. “Đây là tất cả những hạn chế dựa trên vật lý mà một kỹ sư có thể áp dụng cho thiết kế của đa tạp.”
Ràng buộc thứ hai yêu cầu vùng khuếch tán hoặc ổ cắm phải có các kênh cách đều nhau được sắp xếp theo cấu hình tam giác. Ràng buộc thứ ba liên quan đến góc cần được áp dụng cho vùng.
Loud cho biết: “Cuối cùng, chúng tôi đã quyết định sử dụng ống phân phối có đầu côn, hình tam giác vì đây là ống dẫn duy nhất về mặt lý thuyết tạo ra tốc độ dòng chảy đồng đều cho tất cả các kênh đầu ra,” Loud nói và nhớ lại rằng họ cũng đã khám phá các cấu hình khác như ống dẫn thẳng, bộ khuếch tán hình tam giác và ống góp khuếch tán hình chữ nhật, đầu thẳng.
Tín dụng: Đại học Illinois Cao đẳng Kỹ thuật Grainger
Bài viết mô tả quy trình thử nghiệm của các nhà nghiên cứu, trong đó Loud ban đầu đã in các nguyên mẫu đa tạp được in 3D. Nhóm đã xử lý các lần lặp tiếp theo từ acrylic trong và sau đó thu thập dữ liệu từ việc trực quan hóa dòng chảy dựa trên thuốc nhuộm, phân tích hình ảnh chất lỏng nhuộm chảy qua ống góp vào dung dịch không nhuộm.
Rahman nói về các thí nghiệm mà ông đã tiến hành, "Một thách thức lớn là việc bẫy bọt khí. Cuối cùng, chúng tôi đã vượt qua trở ngại này bằng cách sử dụng chất hoạt động bề mặt. Là một nhà thực nghiệm mới, việc thực hiện những thí nghiệm này đã thách thức và truyền cảm hứng cho tôi." Kết quả thí nghiệm của họ đạt được sự đồng thuận mạnh mẽ với lý thuyết và mô phỏng máy tính của họ.
Smith nói: “Bài báo của chúng tôi thảo luận về việc so sánh một đa tạp thỏa mãn cả ba ràng buộc với các đa tạp khác bao gồm một số nhưng bỏ qua những đa tạp khác”. "Chúng tôi chứng minh rằng việc đáp ứng đồng thời cả ba ràng buộc sẽ tạo ra cả dòng chảy đồng đều nhất và dòng chảy đồng nhất trên phạm vi tốc độ dòng chảy rộng nhất."
Bài viết của họ tập trung vào việc thiết kế một đường ống phân phối duy nhất phân phối chất lỏng từ một đầu vào đến nhiều cửa ra, đây là cấu hình đường ống đầy thách thức nhất để đạt được sự đồng đều của dòng chảy ra. Tuy nhiên, lý thuyết này có thể được áp dụng rộng rãi, bao gồm cả hệ thống gồm hai ống góp để đạt được dòng chảy đồng đều cho đầu vào và đầu ra của nhiều dòng.
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
