Thiết kế đường hơi chuẩn, tẩu là gì ? – Phần 4

Trong phần 3 của loạt bài về tẩu chúng ta đã tìm hiểu về hình dáng lòng bõ tẩu. Sự ảnh hưởng của các thông số liên quan đến chất lượng hút của một cây tẩu. Ở phần này chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ về đường hơi. Cùng Ambe tìm hiểu thiết kế đường hơi chuẩn của tẩu gỗ qua phần 4 này nhé.

Sự quan trọng của thiết kế đường hơi chuẩn

Theo tác giả bài viết, đường hơi (airway/ airpath) là thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng hút của một cây tẩu.

Hai vấn đề liên quan đến thiết kế của đường hơi mà chúng ta bàn đến trong phần 4. Đó là: đường kính đường hơi và sự nhiễu khí động học của luồng hơi trong quá trình di chuyển.

Chúng ta sẽ lần lượt xem xét các vấn đề này và sự ảnh hưởng của nó đến chất lượng hút một cối tẩu như thế nào.

Đường Kính Đường Hơi

Đường kính mũi khoan đường hơi phần shank tẩu của những cây tẩu hiện nay trên thị trường thường dao động trong khoản 1/8inch (3.2 mm) đến 3/16inch (4.8mm). Đường kính mũi khoan phần cán tẩu (stem) được khoan bằng mũi khoan có cùng đường kính với shank tẩu. Phần đầu ngậm cán tẩu (bit) thường được bóp nhỏ vát côn xuống 1/16inch (1.6 mm). Từ đó người ta móc cho rãnh thoát khí rộng ra ở phần đầu ngậm cán tẩu.

Chúng ta một lần nữa đơn giản hóa mô hình để hiểu rõ bản chất của đường hơi. Tiếp theo đưa thêm những yếu tố phức tạp khác vào để đánh giá toàn diện vấn đề. Chúng ta bắt đầu bằng việc coi đường hơi từ shank tẩu đến cán tẩu như một ống hút.

Bằng mô hình này, chúng ta mô phỏng quá trình di chuyển ổn định của luồng khí từ buồng hơi lớn (lòng bõ) qua buồng hơi nhỏ (đường hơi). Đồng thời áp dụng Nguyên Lí Bernoulli để mô phỏng lại vận tốc của luồng khí di chuyển trong đường ống.

Mọi thứ đều từ lý thuyết

Đừng quá lo lắng đến các vấn đề toán học. Chỉ cần các bạn lưu ý 1 nguyên tắc cơ bản như sau: Vận tốc của luồng khí tăng lên khi di chuyển từ buồng hơi lớn vào buồng hơi nhỏ. Ở đây tác giả bài viết đã sử dụng một phần mềm tính toán tổn thất áp suất trên mạng để mô phỏng lại sự thay đổi vận tốc.

Sự thay đổi vận tốc của luồng khí khi di chuyển từ buồng hơi lớn vào buồng hơi nhỏ với các thông số đầu vào như sau:

Giả thiết các thông số đầu vào:
1. Đường kính lòng bõ = 0.75 inch (19 mm).
2. Nhiệt độ luồng khí = 20 độ C.
3. Luồng khí di chuyển ổn định, không chảy rối trong đường hơi.

Sự thật là khó xảy ra ?

Hai giả thiết sau rõ ràng là điều không xảy ra trong thực tế, tuy nhiên điều này không ảnh hưởng khi chúng ta giữ chúng là hằng số và thay đổi thông số còn lại là đường kính lòng bõ (bowl diameter) để thấy được sự thay đổi vận tốc luồng khí như thế nào giữa tỉ lệ đường kính lòng bõ tẩu và đường kính đường hơi của tẩu. Sau khi chạy mô hình tính toán chúng ta thu được đồ thị sau:

Đồ thị trên cho thấy mối quan hệ về sự thay đổi vận tốc luồng khí diễn ra như thế nào. Trục X thể hiện đường kính mũi khoan đường hơi thay đổi từ 1/8 inch (3.2 mm) đến 3/16 inch (4.8 mm). Trục Y thể hiện sự thay đổi vận tốc luồng khí khi đi từ bõ tẩu và đường hơi.

Ví dụ với cây tẩu thiết kế đường hơi có đường kính rộng 3.2 mm thì tỉ lệ vận tốc đường hơi/ lòng bõ tra trên đồ thị sẽ là 32. Nghĩa là vận tốc của luồng khí khi di chuyển từ lòng bõ 19 mm vào đường hơi 3.2mm sẽ tăng lên 32 lần. Điều này có ý nghĩa rất quan trọng liên quan đến khả năng hút ngon của một cây tẩu.

2 lý do chính

Thứ nhất, luồng khói cần được giảm nóng trước khi thoát ra khỏi cán tẩu đến lưỡi. Luồng khói di chuyển càng nhanh đồng nghĩa với việc nó càng giữ được độ nóng. Do đó với những cây tẩu có đường hơi nhỏ sẽ dẫn đến vấn đề hút dễ bị rát lưỡi. Bạn cần hút thật chậm.

Thứ hai, đường hơi nhỏ dẫn tới luồng khí di chuyển với vận tốc nhanh. Dẫn đến việc làm tăng sự nhiễu khí động học khi di chuyển trong đường hơi. Nếu gặp đường hơi thiết kế không chuẩn sẽ làm nhiễu khí. Gây hiện tượng tách và đọng nước trên đường di chuyển.

Đường hơi 4nm là chuẩn nhất ?

Rick Newcombe, tác giả cuốn sách nổi tiếng “In Search of Pipe Dreams” cho rằng đường kính mũi khoan chuẩn cho đường hơi từ shank đến stem là 5/32 inch (khoảng 4mm). Ông cho rằng những cây tẩu có đường hơi 4mm (cả shank và stem) sẽ làm cho những hơi tẩu hút nhẹ nhàng hơn. Giúp khả năng đốt thuốc và giữa lửa trong bõ tẩu tốt hơn. Quan điểm về “đường hơi 4mm” được rất nhiều nghệ nhân làm tẩu đồng ý.

Tuy nhiên, trên thực tế đường hơi 4mm lại gặp phải rắc rối lớn trong chế tác. Đặc biệt là với những cán tẩu làm bằng vật liệu cao su lưu hóa (Ebonite) dễ vỡ. Bởi để duy trì đường hơi 4mm từ phần shank tẩu đến phần đầu ngậm cán tẩu sẽ khiến cho độ dày của cán tẩu trở nên rất mỏng. Cán tẩu rất dễ bị ngậm, cắn vỡ trong quá trình sử dụng.

Để khắc phục nhược điểm này. Nhiều nhà chế tác tẩu đã phát triển ý tưởng chế tác đường hơi phần đầu ngậm cán tẩu nhỏ hơn 4mm. Tăng độ dày phần đầu ngậm (bit) của stem nhưng vẫn móc rộng đường hơi sang 2 bên mép cán ngậm. Đảm bảo thể tích đường hơi luôn tương đương đường kính 4mm.

Nhiễu Khí Động Học

Đồ thị thể hiện sự thay đổi vận tốc luồng khí khi đi qua các buồng hơi lớn nhỏ khác nhau. Chúng ta có thể thấy được rằng, với những cây tẩu có đường hơi 4mm thì vận tốc khí di chuyển trong đường hơi 4mm cao hơn vận tốc khí di chuyển trong lòng bõ khoảng 25 lần. Tuy nhiên quá trình di chuyển trong ống thẳng gây ra rất ít sự nhiễu khí.

Sự nhiễu khí động học xảy ra khi một luồng khí đang di chuyển ổn định trong đường ống bỗng gặp phải những vật cản hoặc sự thay đổi đột ngột đường kính trong của đường ống.

Nếu bạn đã ừng quan sát dòng chảy của nước trên dòng sông hoặc con suối các bạn hẳn sẽ để ý thấy dòng chảy ở giữa sông thường luôn ổn định nhưng phần dòng chảy 2 bên ven sông luôn có các dòng xoáy hỗn độn do tác động lớn của ma sát đường bờ gây dòng chảy rối.

Hiện tượng chảy rối thật phiền

Hiện tượng chảy rối hoặc những dòng nước xoáy cũng xảy ra khi nước chảy xiết qua những hòn đá bên bờ suối hoặc những vật cản trên đường nước chảy.

Hiện tượng chảy rối tương tự của luồng khói khi di chuyển trong đường hơi shank và cán tẩu.Gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng liên quan đến chất lượng hút một cối tẩu.

Như chúng ta đã biết, khói thuốc sau khi cháy là hỗn hợp của muội than. Các hợp chất khí thơm và những giọt hơi sương li ti của nước trong khói. Khi đi qua các điểm gây nhiễu, khói thuốc bị xoáy ly tâm tại những điểm đó. Dưới tác động của lực ly tâm những hạt nước ti li nặng nhất trong luồng xoáy của khói sẽ bị văng ra và bám vào thành ống shank hoặc cán tẩu. Chính điều này gây ra hiện tượng đọng nước và hút nghe tiếng “ọc ọc” ở đáy bõ tẩu.

Do đó, Rick Newcombe cho rằng, đường hơi 4 mm được cho là đường hơi có đường kính tối ưu. Bởi nó vừa đủ lớn để giảm tốc độ của luồng khói đi qua trong nó. Do đó giảm tối đa hiện tượng hiễu khí động học của luồng khói.

Thiết kế đường hơi chuẩn rất quan trọng

Dựa trên cơ sở những phân tích đó, chúng ta sẽ lần lượt xem xét các thiết kế lỗi của đường hơi ảnh hưởng đến chất lượng hút của cây tẩu thế nào. Xin được ưu ý rằng những hình vẽ dưới đây chỉ mang tính chất minh họa cho những vấn đề chúng ta đang quan tâm mà có thể không nhất thiết phải giống thực tế.

Với thiết kế như minh họa trong hình trên. Chúng ta có thể thấy đây là một thiết kế chưa ổn có nhiều nhược điểm. Những điểm thiết kế chưa chuẩn được đánh dấu bằng các ký tự A, B, C và D rên hình.

Chúng ta sẽ lần lượt phân tích các nhược điểm đó.

Đầu tiên chúng ta có thể tại điểm A. Thấy tâm trục đường hơi của stem cán tẩu lệch so với tâm trục đường hơi của shank tẩu.

Đa số những cây tẩu trên thị trường hiện nay đều dính phải lỗi có đường kính lỗ khoan phần shank tẩu lớn hơn đường kính lỗ khoan phần stem cán tẩu. Thiết kế này sẽ gây ra hiện tượng nhiễu khí ngay tại vùng chuyển tiếp khi luồng khói di chuyển từ shank tẩu vào stem cán tấu. Đồng thời làm cho vận tốc của luồng khói tăng lên do di chuyển vào đường hơi có thể tích nhỏ hơn.

Điều tệ hơn nữa như chúng ta thấy tại điểm B trong hình minh họa. Khoảng hở càng lớn ở phần chuyển tiếp tạo ra bởi độ dài tennon không khít với lỗ mộng mortise phần shank tẩu càng tạo ra hiễu khí động học của luồng khói. Gây ly tâm tách nước.

Khoảng hở nhạt nhẽo

Cũng chính tại khoảng hở này nước sẽ bị đọng lại trong quá trình hút. Mà những hạt nước li ti trong luồng khói lại chính là nơi chứa hững giọt nước đường caramel ngọt ngào. Do đó đọng nước càng nhiều trên đường di chuyển sẽ càng làm cho cối tẩu của bạn có vị nhạt nhẽo.

Đó lý do những cây tẩu có buồng hơi phụ hút rất mát nhưng làm mất đi vị ngọt của thuốc. Đó cũng chính là lí do những cây tẩu có stem cán tẩu càng dài hút càng mát. Nhưng cũng càng làm cối tẩu nhạt vị do mất nước trên đường di chuyển.

Tại điểm C như trong hình minh họa. Kỹ thuật chế tác khoan đường hơi bị giật cấp nhiều lần cũng sẽ gây ra hiện tượng nhiễu khí động học. Làm tăng vận tốc di chuyển khiến luồng khói càng bị tách và đọng nước. Và cuối cùng là tại điểm D đầu ra của cán tẩu cắt rãnh hình chữ nhật. Khiến cho luồng khói di chuyển qua nó bị nhiễu khí 1 lần nữa. Kết hợp với đường kính lỗ khoan đường hơi đầu ra quá hẹp sẽ khiến khói thuốc tăng vận tốc khi đi qua lỗ. Gây ra hiện tượng hút bị nóng và gây rát lưỡi.

Mọi thứ có thể khắc phục được

Tất cả các hiện tượng trên có thể được khắc phục nếu thiết kế chế tác đúng cách.

Với những cán tẩu được chế tạo mới từ phôi vật liệu thô cần có những dụng cụ hỗ trợ. Mũi khoan thiết kế đúng cách để chế tác tạo ra đường hơi mượt mà. Với những cán tẩu đúc sẵn. Thường sẽ có đường hơi chuẩn được đúc theo những tính toán thiết kế ban đầu. Mua về chỉ cần mài giũa nhẹ lại đường hơi là có thể sử dụng được ngay.

Tuy nhiên nhược điểm của những cán tẩu đúc sẵn là chỉ có một vài kích thước chuẩn nhất định. Chỉ phù hợp với một vài dáng tẩu nào đó. Do đó tẩu handmade đa phần là sử dụng phôi vật liệu thô để chế tác cho phù hợp với các thiết kế đa dạng khác nhau. Tất nhiên sẽ mất rất nhiều thời gian chế tác so với sản phẩm cán tẩu đúc sẵn theo khuôn. Một thiết kế chuẩn về cơ bản được minh họa như hình dưới đây.

Điều đầu tiên là yêu cầu đường kính lỗ khoan đường hơi ở stem cán tẩu và shank tẩu phải đồng nhất. Ngoài ra phần tennon (mộng) cán tẩu khi cắm vào phần mortise (lỗ mộng) của shank tẩu phải vừa khít không có khoảng hở.

Để tạo sự chuyển tiếp mượt mà, đồng nhất đường kính trong của đường hơi. Giúp cho luồng khói lưu hông qua ổn định không bị nhiễu khí. Điều này sẽ giúp cho luồng khói được hạn chế tối đa việc đọng nước. Mang lại cảm giác khô thoáng trong quá trình hút.

Cán ngậm như nào là đủ ?

Như chúng ta đã biết, để mang lại cảm giác ngậm thoải mái thì bắt buộc đầu bit cán ngậm tẩu phải vừa đủ mỏng.

Nếu dày quá sẽ mang lại cảm giác ngậm rất khó chịu. Còn nếu mỏng quá sẽ khiến cán tẩu dễ bị vỡ trong quá trình cắn hoặc ngậm cán tẩu.

Để thỏa mãn điều kiện trên thì tại điểm B như minh họa trên hình. Đường kính mũi khoan bắt buộc phải giảm xuống để tăng độ dày đầu ngậm cán tẩu. Tuy nhiên để tránh hiện tượng vận tốc của luồng khí tăng cao gây rát lưỡi khi di chuyển vào đường hơi nhỏ hẹp đầu ngậm cán tẩu. Người ta đã thiết kế móc rộng 2 bên thành đường hơi để tăng thể tích bù lại như trong điểm C.

Thiết kế này mang lại sự cân bằng về thế tích của toàn bộ đường hơi tại bất cứ điểm nào. Giúp cho luồng khói di chuyển ổn định và nhẹ nhàng ở tốc độ thấp. Giúp giảm thiếu tối đa hiện tượng nhiễu khí và mất nước trên đường đi.

Hãy thử cầm cây tẩu của bạn lên và rít mạnh nhiều lần để thử. Nếu nghe thấy những tiếng rít như tiếng còi phát ra từ cán tẩu. Đó chính là thủ phạm góp phần gây nhiễu khí và sinh nước trong quá trình hút.

Bõ tẩu là thực sự quan trong cho chiếc tẩu

Có thể nói rằng, cho đến phần 4 của loạt bài về tẩu. Chúng ta đã hiểu rõ về sự lợi hại của thiết kế lòng bõ tẩu. Thiết kế đường hơi tẩu ảnh hưởng thế nào đến chất lượng của một cối tẩu. Hy vọng với loạt bài này, chúng ta có thể nhận biết được đâu là những cây tẩu có chất lượng chế tác tốt. Đâu là những cây tẩu chất lượng tồi trên quan điểm thiết kế một cây tẩu chuẩn. Tất nhiên, đó mới chỉ là tất cả những gì liên quan đến kỹ thuật chế tác tẩu. Điều quan trọng cuối cùng chúng ta sẽ bàn tới trong loạt bài về tẩu đó là vật liệu làm tẩu. Yếu tốt quan trọng không thể thiếu để giúp cho một cây tẩu có khả năng hút ngon hay không.

Đón xem phần 5: