在流體世界有兩根頗具神秘色彩的管子，一個是被稱為麥克斯韋妖的渦流管，沒有任何運動部件，就能把常溫空氣分成冷熱兩股氣體，之前給大家做過講解和實驗。

另一個，就是本期的主題，同樣沒有任何運動部件的特斯拉閥。

注意，它和那個造電動汽車的公司沒什么關系。而是源于著名物理學家尼古拉·特斯拉。1920年，特斯拉發(fā)明了這個名為“瓣膜導管”的管子并申請了專利。專利中描述流體沿一個方向流經(jīng)管子，幾乎不受任何阻力。但沿反方向流動時，卻會遇到幾乎不可逾越的障礙。

這一點特別像管道里常用的單向閥，于是后人就稱這個管子為特斯拉閥。

而單向閥都有運動部件，但這一根沒有運動部件的管子，何以具有單向閥的特點呢？

我用國產(chǎn)流體仿真軟件AICFD給特斯拉閥做了個流動模擬。從流場可以直觀地看到，正向流動時流體主要通過流道中的折線部分輕松通過。而反向流動時，流體遇到叉路就分叉流動，其中一路轉一圈回來后和另一路流體相撞，產(chǎn)生流動損失，便大大增加了流動阻力，減緩了流動速度。

對，你沒聽錯，是減緩流動，不是阻止流動，而我們常見的單向閥對于逆流是可以完全阻止的。你可以把特斯拉閥理解成會漏的單向閥，這一點是它和單向閥不同的地方。那么特斯拉閥的逆向減緩作用到底能到什么程度呢？這就是一個很復雜的問題了，與彎折數(shù)量、傾斜角度、間隔長度、管徑等多個因素都有關系。

我3D打印了一個，給大家直觀地感受一下正反差異。倒入相同量的水，對比特斯拉閥正接和反接，水全部流完的時間差。

特斯拉閥正接，所用時間是99秒，反接，所用時間是125秒。

如果流道壁面可以打印得再光滑些，以及增加節(jié)數(shù)、優(yōu)化角度等參數(shù)，正反流動的差異會更明顯。

仔細觀察流道內(nèi)情況，確實如之前仿真模擬的結果一般，正向流動時，流體基本沿折線前行，岔路里是空的，而反向流動時液體充滿整個流道，分岔后兩路流體的撞擊增加了流動的阻力。那么如此奇妙的管子在當今世界又有哪些應用呢？

嗯，正如堪稱麥克斯韋妖的渦流管一樣，特斯拉閥目前還并沒有得到非常廣泛的應用?？梢圆榈降膶嶋H應用，比如某手機品牌內(nèi)部的電子散熱，利用特斯拉閥實現(xiàn)了相變換熱的單向循環(huán)流動，增加散熱效率。也許你拿的手機中就有特斯拉閥哦！

還有一些跑鞋中有所應用，空腔兩側，分別接入同向的特斯拉閥，就以腳踩為動力，實現(xiàn)了鞋底部通氣。

當然有人說這鞋在雨天就成了儲水鞋，這不設計者在尾部就加了個開關，下雨天把它堵死就不進水了，不過得需要你記憶力好，雨天得記得關，像我這樣啥都忘的，肯定就穿不了這鞋了。

除了以上兩個，其余能查到的應用基本都在概念或實驗階段。比如概念階段代表性的有脈沖發(fā)動機，工作原理是從單向閥處進氣燃燒向后噴氣，進而產(chǎn)生向前推力，若重復進行，單向閥容易損壞。

所以有人提出用特斯拉閥代替，雖然燃燒膨脹時會有部分氣體沿特斯拉閥向前逆流流出，但如果經(jīng)過設計后這個逆流氣體量是可以接受的，這特斯拉閥就可以用了，畢竟沒有運動部件，經(jīng)久耐用是它無可替代的好處。

你要是覺得這些應用太過普通，配不上特斯拉的鼎鼎大名。那再說個它更高大上的應用——人造太陽！別誤會，不是核聚變。而是流體領域一個神秘現(xiàn)象：空化。

有人發(fā)現(xiàn)高壓流體經(jīng)過特斯拉閥，拐彎部位后側發(fā)生壓力驟降，會產(chǎn)生空化，這一點我用AICFD軟件也仿真算了一下，果真如此。

而空泡潰滅時，會產(chǎn)生堪比太陽表面的5000K高溫以及6000兆帕的高壓，我曾經(jīng)就利用敲擊啤酒瓶口使底部產(chǎn)生空化的原理，直接將酒瓶震碎。

那么這個威力在管子中能干嘛呢？ 污水處理！污水中的有機物一直是個老大難問題，目前常用做法有化學沉降，但很難處理干凈。這時空化就派上用場了，它產(chǎn)生的高能沖擊波足以擊碎有機物中的化學鍵，將其分解。有相關研究，經(jīng)特斯拉閥裝置循環(huán)空化處理15分鐘，污水中的大腸桿菌被殺死接近100%。

目前空化處理污水中有機物的方式已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化應用，但主要是超聲波空化。如果將來研究后，利用特斯拉閥的可操作性及成本方面優(yōu)于超聲波空化，那么可能會是污水處理問題的一個新的進展。

百年來，正如對特斯拉本人的評價一樣，有人說特斯拉是徹徹底底的loser，有人卻說他是最接近神的人，同樣大家對特斯拉閥的看法也是兩極分化，一種說法是這玩意就是故弄玄虛沒什么用，雖然叫閥，卻是個漏的閥。但也有人覺得它沒有運動部件，結實耐用的特點是無可替代的事實，而且這個漏也很可能成為它最大的特點，也許它真是特斯拉留給后人的寶庫，等待人們?nèi)ネ诰?，找到真正屬于它的舞臺。

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