Tại sao cánh quạt lại có số lẻ, hóa ra quan trọng hơn bạn tưởng

Sản xuất quạt với số cánh chẵn không khó, thậm chí còn dễ hơn số cánh lẻ, nhưng tại sao các nhà sản xuất không làm như vậy?

Quạt làm mát là thứ không thể thiếu trong mùa hè nóng nực, nhưng nếu quan sát kỹ chúng ta sẽ thấy cánh quạt ở nhà nhìn chung thường là số lẻ. Đa số là các cánh có số lẻ như 5, 7, 9, 11…. Tại sao lại như vậy?

Vấn đề nằm ở sự cân bằng động của các cánh khi quạt hoạt động. Nếu quạt có số cánh chẵn, thì các cánh của chúng sẽ đối xứng với nhau trên một đường thẳng. Và với hình dạng đối xứng này, khi quay các dao động của chúng sẽ được truyền sang cho nhau ở phía đối xứng, gây ra hiện tượng cộng hưởng.

Và việc để các cánh chịu sự cộng hưởng trong thời gian dài sẽ khiến vật liệu làm cánh bị mỏi. Trong khoa học vật liệu, hiện tượng mỏi có thể được giải thích là sự suy yếu của vật liệu do tác dụng của tải trọng dao động dẫn đến hư hỏng cấu trúc của vật liệu và cuối cùng là hỏng hóc. Và nó thường tích tụ theo thời gian, dẫn tới một kết cục thảm họa là gãy cánh bất ngờ trong quá trình hoạt động.

Nhưng khi số lượng cánh quạt là số lẻ, sự cân xứng sẽ không được tạo ra. Mặc dù rung động tạo ra khi đó cũng sẽ được truyền sang các cánh quạt khác, nhưng hướng rung động lúc này là khác nhau và điều này làm giảm vấn đề cộng hưởng.

Theo tính toán, khi số cánh quạt là số lẻ thì khi hoạt động sẽ luôn thu được 2 trọng tâm đối xứng nhau. Điều này cực kì hữu ích trong việc điều chỉnh độ cân bằng cho cánh quạt, bởi cánh quạt quay càng nhanh thì độ cân bằng càng quan trọng để đảm bảo sự ổn định.

Ở Việt Nam, loại quạt 3 cánh là loại phổ biến nhất. Lí do bởi càng nhiều cánh, hiệu suất quạt bị giảm xuống do ma sát với không khí tăng lên, đồng thời cũng tốn thêm vật liệu sản xuất. Quạt 3 cánh cũng sẽ có tiết diện của từng cánh to hơn, độ dày của cánh mỏng hơn để giảm thiểu lực ma sát. Cánh quạt nhờ đó cũng lướt gió êm hơn, đỡ gây tiếng ồn khi vận hành. Với số lượng cánh ít hơn, những chiếc quạt này cũng có thể hoạt động ở tốc độ cao hơn.

Tuy nhiên, ở một số quốc gia vùng ôn đới, nhiệt độ về cơ bản là lạnh hơn, vào mùa hè điều hòa trung tâm cũng được sử dụng phổ biến hơn, nên quạt chỉ là thiết bị sử dụng kèm với tác dụng chính là giữ hơi lạnh từ máy điều hòa không khí lưu thông trong phòng. Bên cạnh đó, chúng cũng thường được sử dụng như một phần bổ sung cho các thiết bị chiếu sáng và sẽ được yêu cầu chạy ở tốc độ thấp hơn. Do đó, những chiếc quạt này sẽ có thiết kế nặng hơn hoặc có mục đích khác ngoài cung cấp luồng không khí, nên chúng có đủ khả năng để có nhiều hơn ba cánh mà không phải lo lắng nhiều về hiệu suất hoạt động. Bởi vì lý do tồn tại chính của chúng là thẩm mỹ.

Bất kể hình dáng của quạt, cao hay ngắn, kiểu cũ hay kiểu mới thì quạt điện sử dụng trong các hộ gia đình nói chung được cấu tạo bởi các bộ phận chính là phích cắm, cánh quạt, động cơ và vỏ.

Khi cắm phích và bật nguồn điện, động cơ tiêu thụ năng lượng điện, qua chuyển động quay sẽ chuyển hóa thành cơ năng làm cho cánh quạt của quạt điện quay nhanh dần đều.

Do trên bề mặt cơ thể người có nhiều mồ hôi nên khi quạt điện hoạt động, không khí trong phòng sẽ lưu thông nên nó có thể thúc đẩy mồ hôi bay hơi nhanh. Quá trình bay hơi này hấp thụ nhiều nhiệt từ cơ thể, vì vậy mọi người sẽ cảm thấy mát mẻ hơn.

Hầu hết các máy tính ngày nay đều có quạt bên trong. Nhưng nguyên lý làm mát ở đây không phải dựa vào sự bay hơi. Bởi rõ ràng không ai muốn có nước bên trong máy tính của họ. Quạt máy tính hoạt động nhờ bộ tản nhiệt. Ý tưởng cơ bản là quạt thổi không khí qua bộ tản nhiệt rất nóng. Vì không khí mát hơn nên nó sẽ làm mát bộ tản nhiệt thông qua sự dẫn nhiệt. Trên thực tế, bộ tản nhiệt vẫn sẽ hoạt động ngay cả khi không có quạt hỗ trợ, nhưng quạt giúp cho nó hoạt động hiệu quả hơn.

Nhưng có bao giờ bạn thắc mắc tại sao dù tạo ra gió rất mạnh, cánh quạt sau một thời gian vẫn bị nhiều lớp bụi bám vào hay không?

Trên thực tế, khi quay, cánh quạt sẽ ma sát trực tiếp với các phần tử khí, gây ra hiện tượng tích điện. Vì lực hút của quạt mạnh hơn rất nhiều so lực đẩy của gió nên chúng sẽ hút những hạt bụi xung quanh lại, và những hạt bụi này sẽ bị bám lại xung quanh cánh quạt.

Ngày nay, ngày càng có nhiều sản phẩm mới lạ phá vỡ nhận thức cố hữu trước đây của chúng ta. Chẳng hạn như quạt không cánh, một loại quạt không hề có cánh quạt. Vậy nó tạo ra gió như thế nào?

Quạt không cánh có thiết kế được lấy cảm hứng từ máy sấy, hoạt động bằng cách ép không khí qua một khe nhỏ. Trong khi quạt thông thường có thể nhanh chóng khuấy động không khí qua các cánh, tạo ra luồng không khí cảm nhận được thì quạt không cánh thổi không khí qua một khe hình khuyên. Không khí được hút từ cửa hút phía dưới của quạt không cánh sau đó đẩy lên.

Nhưng nếu xét cho cùng thì đây cũng chỉ là một chiếc quạt có cánh hút không khí được giấu bên trong và áp dụng nguyên lý khí động học để tạo nên luồng gió thổi ra. Do không khí bị ép ra khỏi khe hở nhỏ này nên tốc độ gió có thể rất cao, lên tới 35 km/h. Với hình thức thiết kế này, người dùng sẽ không cảm thấy tác động của luồng gió theo từng giai đoạn như quạt thường. Luồng gió liên tục được thổi ra từ khe hở sau khi được điều áp nên luồng gió tạo ra tương đối mềm mại giống gió ngoài tự nhiên.