版权归原作者所有,如有侵权,请联系我们

无需开关,就能让流体或火焰单向流动,特斯拉阀是什么原理?

科学信仰
原创
泛科学领域创作者。科学是一种规律,信仰是一种态度。
收藏

如果想要将气体或液体等流体物质输送到某处,同时要避免回流,且能够控制流速,应该怎么办呢?

很简单,只需要安装一个阀门,用开关来控制调节就可以了。那么不用开关行不行呢?行,早在100多年以前,一位伟大的科学家就设计了一种特殊的阀门,不需要开关就能够保证流体的单向流动,这个人就是特斯拉,而他所发明的阀门就称为“特斯拉阀”。对于特斯拉这个人,我们应该是再熟悉不过了,他无疑是一位具有传奇色彩的科学家,在他的一生中,共取得了1000多项发明专利,其中最广为人知的科学成就有:交流电的发明、无线能量传输、无线电的发展和应用等等。

即便是现代,仍然有很多人将特斯拉视为自己崇拜的对象,更有企业家因敬仰特斯拉,而以他的名字来命名自己企业的电动汽车,使得这个名字更广为人知。

不过令人感到遗憾的是,当我们打开很多搜索软件的时候,输入“特斯拉”三个字,在第一页都见不到这位科学家的身影,见到的只有汽车。关于尼古拉·特斯拉,他的大多数发明都早已广为人知,而除了那些广为人知的发明之外,还有一些不太受关注的发明,其实一样可以称为经典,而且在未来很可能会被发掘出新的用途,比如我们所提到的“特斯拉阀”就是这样一个发明。什么是特斯拉阀呢?就是一种不需要开关,就可以保证液体和气体等流体单向流动的阀门。

特斯拉阀是如何保证液体单向流动呢?

只要仔细看一看特斯拉阀的剖面图,就能够明白个中原因。特斯拉阀采用了特殊的回路设计,当流体正向通过特斯拉阀的时候,流体会在每一个回路口分为两路,之后两路流体又会在下一个交汇口汇聚,并实现加速。反之,如果流体反向流入特斯拉阀,流体同样会在第一个交汇口分为两路,并在第二个交汇口再次汇聚,不同的是,这一次,两路流体的流动方向是相悖的,所以就形成了极大的阻力,因此特斯拉阀只能够正向通过,而很难反向逆流。特斯拉阀的设计虽然精妙,但安个阀门就能解决的事,有必要搞得这么复杂吗?

一直以来,人们都认为特斯拉阀实际应用的价值不大,所谓未受重视,但现在这一情况正在悄然改变。其实,特斯拉阀在流体输送领域的应用潜力是很大的。

举个例子,在河流中生活着一类鱼,我们称其为回溯鱼,它们生活与河流的下游,但每年丰水期到来的时候,它们都会游回上游产卵,鱼卵孵化后会顺流而下,回到下游生活。这个过程本来没什么问题,但由于人类修筑水坝,就阻断了回溯鱼的归途,那么怎么办呢?人类想出了一个办法,那就是修筑鱼梯,说白了就是给鱼搭建一个楼梯,让它们爬楼而上。

鱼梯的修建虽然给回溯鱼开辟了一条回家的路,但长久以来,鱼梯都存在着一个问题,那就是水流大小的问题。

河流中的回溯鱼种类很多,体型大小不一,水流大了,有些鱼很难完成逆流而上的爬梯任务,而水流小了,浮力又不够,拖不起体型较大的鱼类。于是就有人想到了将特斯拉阀应用于鱼梯的修建之中。现在瑞士Pichoux峡谷的鱼梯就是根据特斯拉阀的原理修建的。河水从上游反向流入“特斯拉阀鱼梯”,由于遭遇了极大的阻力,所以水的流速很慢,而且流量越大,压力就越大,流速就越慢,所以既保证了水量,又限制了流速。

在鱼梯修筑上的应用,只能算是特斯拉阀的小试牛刀,科学家发现,特斯拉阀的结构不仅对气体和液体等流体起作用,对火焰一样起作用。

特斯拉阀的特点就是,反向通过,压力越大,阻力越大,速度越慢,乃至完全停止。而正向通过,则是压力越大,速度越快,当火焰正向通过特斯拉阀的时候,会产生明显的加速作用。加速火焰有什么用?用处可大了,我们的火箭是如何飞上天的?靠的就是火焰的喷射,而提高喷射速度,就可以节约燃料。既然火箭用得上,喷气式飞机也应该可以用,这一下应用的领域就上升到了航空航天工程,所以我们说特斯拉阀的应用潜力其实是很大的。

更多内容请关注公众号:sunmonarch