特斯拉閥是天才科學家尼古拉·特斯拉發明的單向導通氣流閥,無任何活動部件,無需輸入能量即可實現氣流單向導通。
其正向流動與反向流動差別巨大,不需要內部進行機械運動,利用空間結構推動氣體流動,通過物理結構加速氣體,減小氣體在運輸中的能量損耗。
特斯拉閥門是一種固定幾何形狀的被動單向導通閥,可以使流體單向流通。因其具有固定的幾何外形,以此來彌補傳統閥門因需要可移動部件而容易損壞的缺點,其可代替可動閥。由于流體具有慣性,在不同方向通過閥門時,流阻不同,從而實現單向流通”。如下圖所示。 特斯拉閥門的正向流動和反向流動
特斯拉閥的工作原理:當用點火器從閥門左側點火后,可以看到火焰在內部通道里游動的過程,就像在內部形成的回流,而當從反方向測試后,氣體流動速度會變得更快,這些結構就像是為火焰提供了加速作用。氣體在特斯拉閥中擴張后再壓縮,壓差的變化產生推力使氣體更加快速的推出。 對于大多數管內流動來說,其流動的驅動力來自于壓力,即流動由高壓區流向低壓區(當然也有通過機械或其他手段使流體由低壓區向高壓區流動,如壓氣機與飛機的進氣道)。
對于驅動力來自于壓力的流動而言,其能存在流動的核心原因就是流動兩端存在壓差。流量的計算應用出口處的總壓與環境壓力求出流速,進而由出口截面積求出流量。
總結一下,水龍頭可以控制出水量可以解釋為,當水龍頭打開到最大時,此時總壓損失最小,而水龍頭關上時,總壓損失最大。此閥的巧妙之處就在,流體順向流動時,總壓損失較小,但流體反向流動時損失極大,可以理解為從一側吹氣,出口壓力降到大氣壓力附近,驅動壓力幾乎消失,就幾乎沒有流動了,但需要注意的是,一般這時還是有細微的流動(一般稱之為泄漏量),隨著閥長度的增加,泄漏量會減小,到可接受的范圍內(基本感受不到)即可認為封住氣了。 1935年,特斯拉在其實驗室打了一個深井,并在井內下了鋼套管。然后,將井口堵塞好,并向井內輸入不同頻率的振動。
奇妙的是,在特定的頻率時,地面就會突然發生強烈的振動,并造成了周圍房屋的倒塌。當時的一些雜志評論說:“特斯拉利用一次人工誘發的地震,幾乎將紐約夷為了平地”。這就是著名的特斯拉實驗,這種小輸入強輸出的超級傳輸效應稱為特斯拉效應。它的本質就是大家經常說到的“共振”。
審核編輯:黃飛
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原文標題:天才設計的特斯拉閥,無任何活動部件,它是如何工作的?
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