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無需開關(guān),就能讓流體或火焰單向流動,特斯拉閥是什么原理?

科學(xué)信仰
原創(chuàng)
泛科學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)作者??茖W(xué)是一種規(guī)律,信仰是一種態(tài)度。
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如果想要將氣體或液體等流體物質(zhì)輸送到某處,同時要避免回流,且能夠控制流速,應(yīng)該怎么辦呢?

很簡單,只需要安裝一個閥門,用開關(guān)來控制調(diào)節(jié)就可以了。那么不用開關(guān)行不行呢?行,早在100多年以前,一位偉大的科學(xué)家就設(shè)計了一種特殊的閥門,不需要開關(guān)就能夠保證流體的單向流動,這個人就是特斯拉,而他所發(fā)明的閥門就稱為“特斯拉閥”。對于特斯拉這個人,我們應(yīng)該是再熟悉不過了,他無疑是一位具有傳奇色彩的科學(xué)家,在他的一生中,共取得了1000多項發(fā)明專利,其中最廣為人知的科學(xué)成就有:交流電的發(fā)明、無線能量傳輸、無線電的發(fā)展和應(yīng)用等等。

即便是現(xiàn)代,仍然有很多人將特斯拉視為自己崇拜的對象,更有企業(yè)家因敬仰特斯拉,而以他的名字來命名自己企業(yè)的電動汽車,使得這個名字更廣為人知。

不過令人感到遺憾的是,當(dāng)我們打開很多搜索軟件的時候,輸入“特斯拉”三個字,在第一頁都見不到這位科學(xué)家的身影,見到的只有汽車。關(guān)于尼古拉·特斯拉,他的大多數(shù)發(fā)明都早已廣為人知,而除了那些廣為人知的發(fā)明之外,還有一些不太受關(guān)注的發(fā)明,其實一樣可以稱為經(jīng)典,而且在未來很可能會被發(fā)掘出新的用途,比如我們所提到的“特斯拉閥”就是這樣一個發(fā)明。什么是特斯拉閥呢?就是一種不需要開關(guān),就可以保證液體和氣體等流體單向流動的閥門。

特斯拉閥是如何保證液體單向流動呢?

只要仔細(xì)看一看特斯拉閥的剖面圖,就能夠明白個中原因。特斯拉閥采用了特殊的回路設(shè)計,當(dāng)流體正向通過特斯拉閥的時候,流體會在每一個回路口分為兩路,之后兩路流體又會在下一個交匯口匯聚,并實現(xiàn)加速。反之,如果流體反向流入特斯拉閥,流體同樣會在第一個交匯口分為兩路,并在第二個交匯口再次匯聚,不同的是,這一次,兩路流體的流動方向是相悖的,所以就形成了極大的阻力,因此特斯拉閥只能夠正向通過,而很難反向逆流。特斯拉閥的設(shè)計雖然精妙,但安個閥門就能解決的事,有必要搞得這么復(fù)雜嗎?

一直以來,人們都認(rèn)為特斯拉閥實際應(yīng)用的價值不大,所謂未受重視,但現(xiàn)在這一情況正在悄然改變。其實,特斯拉閥在流體輸送領(lǐng)域的應(yīng)用潛力是很大的。

舉個例子,在河流中生活著一類魚,我們稱其為回溯魚,它們生活與河流的下游,但每年豐水期到來的時候,它們都會游回上游產(chǎn)卵,魚卵孵化后會順流而下,回到下游生活。這個過程本來沒什么問題,但由于人類修筑水壩,就阻斷了回溯魚的歸途,那么怎么辦呢?人類想出了一個辦法,那就是修筑魚梯,說白了就是給魚搭建一個樓梯,讓它們爬樓而上。

魚梯的修建雖然給回溯魚開辟了一條回家的路,但長久以來,魚梯都存在著一個問題,那就是水流大小的問題。

河流中的回溯魚種類很多,體型大小不一,水流大了,有些魚很難完成逆流而上的爬梯任務(wù),而水流小了,浮力又不夠,拖不起體型較大的魚類。于是就有人想到了將特斯拉閥應(yīng)用于魚梯的修建之中?,F(xiàn)在瑞士Pichoux峽谷的魚梯就是根據(jù)特斯拉閥的原理修建的。河水從上游反向流入“特斯拉閥魚梯”,由于遭遇了極大的阻力,所以水的流速很慢,而且流量越大,壓力就越大,流速就越慢,所以既保證了水量,又限制了流速。

在魚梯修筑上的應(yīng)用,只能算是特斯拉閥的小試牛刀,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),特斯拉閥的結(jié)構(gòu)不僅對氣體和液體等流體起作用,對火焰一樣起作用。

特斯拉閥的特點就是,反向通過,壓力越大,阻力越大,速度越慢,乃至完全停止。而正向通過,則是壓力越大,速度越快,當(dāng)火焰正向通過特斯拉閥的時候,會產(chǎn)生明顯的加速作用。加速火焰有什么用?用處可大了,我們的火箭是如何飛上天的?靠的就是火焰的噴射,而提高噴射速度,就可以節(jié)約燃料。既然火箭用得上,噴氣式飛機也應(yīng)該可以用,這一下應(yīng)用的領(lǐng)域就上升到了航空航天工程,所以我們說特斯拉閥的應(yīng)用潛力其實是很大的。

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