Hình 2.10 thể hiện mối quan hệ giữa hệ số lực cản và độ dày lớn nhất ta của các
điện cực NACA với dải Re từ 0.1 đến 10. Hình này chỉ ra rằng hệ số lực cản tăng
tuyến tính theo độ dày của điện cực NACA. Ngồi ra, CD giảm khi tăng số Re.
Điều này một lần nữa khẳng định cho kết luận đưa ra ở trên. Nhằm dự báo một
cách nhanh chóng và chính xác giá trị hệ số lực cản của các điện cực NACA, tác giả đã đề xuất một phương trình tương quan tổng quát như thể hiện trong PT.
(2.27). Phương pháp hồi quy phi tuyến được sử dụng để xác định các hệ số tương quan với hệ số xác định R2=0.997. Trong phương trình này, Re chạy từ 10–2 đến 102 và tại góc tấn đặt bằng 0° (thường được sử dụng cho vi bơm).
( 0.0123Re 0.97 4.43Re 0.93)
D a
62 Về mặt vật lý, PT. (2.27) chỉ ra một số điểm quan trọng như sau: (i) hệ số lực cản CD tỷ lệ thuận tuyến tính với ta và khi ta=0 tức vậy khơng có độ dày thì khơng sinh ra lực cản (CD=0), (ii) CD tỷ lệ nghịch với số Re do các số mũ tương ứng có giá trị âm.
Hình 2.11 Sự thay đổi hệ số lực nâng theo Re (Re=10–2~102, FF–1EHA2)
Việc xác định góc thất tốc mà tại đó lực nâng trên mỗi biên dạng NACA giảm
đột ngột và lực cản tăng nhanh hơn cũng được xem xét trong nghiên cứu này. Hình
2.11 biễu diễn góc thất tốc là hàm của số Re từ 10–2~102 với nhiều biên dạng
NACA đối xứng. Chất lỏng FF–1EHA2 vẫn được sử dụng trong trường hợp này.
Kết quả trên hình này cho thấy rằng góc thất tốc có xu hướng tăng nhẹ khi tăng Re từ 10–2 đến 10–1, sau đó giảm dần hoặc nằm ngang tùy theo biên dạng NACA được
sử dụng, với giá trị Re đủ lớn thì góc thất tốc đều giảm cho tất cả các biên dạng. Theo ghi nhận, góc thất tốc nằm trong dải từ 29° đến 46° lớn hơn góc thất tốc cho dịng chảy rối thường xấp xỉ 18°. Sự thay đổi này cho thấy sự khác biệt giữa chế
độ dòng chảy cũng như đặc tính của mỗi loại chất lỏng. Góc thất tốc có giá trị lớn trong trường hợp này được lý giải là do sự chảy bao tốt được duy trì trong dịng
chảy tầng với Re thấp và lực nhớt chiếm ưu thế. Do đó, khi tăng góc tấn lên cao, hiện tượng tách thành vẫn khó xảy ra so với dòng chảy nhanh. Độ dày của cánh không ảnh hưởng đáng kể trong trường hợp này. Nhưng với dịng chảy nhanh, lực qn tính chiếm ưu thế làm cho hiện tượng tách thành nhanh chóng xảy ra hơn với cùng góc tấn cho trước. Khi Re càng tăng thì hiện tượng trên càng xảy ra nhanh
hơn, do đó góc thất tốc càng giảm nhanh hơn và ảnh hưởn của độ dày cánh cũng
lớn hơn trong trường hợp này.
2.5 Kết luận chương 2
Chương này đã trình bày về đặc tính thủy động của các điện cực NACA sử
dụng cho vi bơm ECF vừa được thực hiện bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
63 và so sánh với các biên dạng điện cực khác như hình viên đạn, hình đầu chơng.
Các kết quả chính thu được từ nghiên cứu hiện tại được liệt kê lại như sau:
1) Hệ số lực cản giảm đáng kể, lên đến khoảng 66% cho NACA0006, so với các loại điện cực truyền thống và độ giảm này đạt giá trị lớn nhất tại góc tấn 0°.
2) Hệ số lực cản tăng tuyến tính theo độ dày của điện cực NACA. Từ đó, tác giả đề xuất phương trình tương quan PT. (2.27) nhằm dự báo một cách
nhanh chóng và chính xác giá trị hệ số lực cản của các điện cực NACA. 3) Góc thất tốc có giá trị lớn, nằm trong dải từ 29° đến 46° lớn hơn góc thất
tốc cho dịng chảy rối.
Tuy nhiên đây chỉ mới là đặc tính thủy động của các điện cực NACA, còn trong vi bơm ECF bao gồm cả đặc tính điện và ứng xử của dịng chất lỏng liên hợp điện. Dựa trên những kết quả tốt về lực cản cũng như các kết quả quan trọng trong
nghiên cứu ứng xử của các điện cực NACA trong chương này. Đặc tính điện thủy lực của vi bơm ECF nên được xem xét rộng rãi trong chương 3.
64
CHƯƠNG 3. ĐẶC TÍNH ĐIỆN – THỦY LỰC CỦA VI BƠM ECF MỚI
CHỨA ĐIỆN CỰC NACA 3.1 Mơ hình tốn học
Mơ hình 3D của vi bơm ECF với điện cực NACA được minh họa trong hình 3.1. Với điện cực dương được là có biên dạng NACA, cịn điệc cực âm có dạng hình chữ nhật. Các thông số khoảng cách giữa điện cực cương và âm La*, khe hở giữa hai điện cực âm Ws* và bề rộng điện cực âm Wn* được xây dựng theo chiều
dài đặc trưng La. Việc chế tạo vi bơm được thực hiện dựa trên công nghệ MEMS,
việc đầu tiên là chế tạo chân mạch điện cực có chứng năng dẫn điện đến cho điện cực. Một tấm thủy tinh ướt được tráng qua lớp kim loại (vàng hoặc titan). Tiếp theo là việc đúc các điện cực, trước khi đúc thì cần phải tạo khn bằng phương pháp khắc, sau khi có khn thì các hạt niken sẽ được đưa vào các khuôn đã được
định hình các hình dạng điện cực, và các hạt niken được điện phân. Sau quá trình
này thì loại bỏ khn đúc trên là chúng ta đã có các điện cực nằm trên lắp mạch
trước đó. Tất cả điện cực được mạ vàng vì lý do vàng ln giữ được hiệu suất trong
quá trình hoạt động cường độ cao của vi bơm ECF. Việc cuối cùng là dùng Polyetherimide để tạo thành cho vi bơm ECF.