tesla valve что это
Раскрыт секрет работы «вечного» обратного клапана Николы Теслы
Исследователи из США выяснили, что обратный клапан, изобретенный Николой Теслой в 1916 году, способен неограниченно долго пропускать воду только в одном направлении из-за особого влияния турбулентности на потоки жидкости внутри него. Раскрытие принципов его работы поможет создать помпу на его основе, сообщили в пресс-службе Нью-Йоркского университета, пишет ТАСС.
«Крайне удивительно то, что этому изобретению недавно исполнилось сто лет и при этом мы не до конца понимали то, как оно работает, и поэтому не знали, в каких областях науки и техники его можно применять. Теслу часто считают кудесником от мира электричества, однако его работы, связанные с управлением потоками жидкостей, оказались действительно передовыми», – заявил доцент Нью-Йоркского университета Лейф Ристоф, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Так называемый клапан Теслы представляет собой трубу необычной формы, которая содержит в себе множество ответвлений и боковых проходов, что делает ее похожей на елочку и на извилистое течение реки со множеством поворотов и островов. Подобная структура, как обнаружил Тесла в 1916 году, заставляет жидкость течь только в одном направлении.
В отличие от других типов обратных клапанов, подобная конструкция не требует использования пружин, поршней и других механических компонентов, благодаря чему она может работать неограниченно долго, а для ее конструкции не требуется больших усилий. По этой причине клапаны Тесла активно используются сегодня при создании микронасосов и прочих миниатюрных устройств, манипулирующих потоками жидкостей.
Как отмечает Ристоф, точные принципы работы этого устройства оставались загадкой для физиков и математиков до недавнего времени. Физики и математики из Нью-Йорка раскрыли механизм его работы, создав копию подобного клапана в своей лаборатории и проследив за тем, как через него движется вода при разных скоростях, давлениях и других параметрах потока.
Эти опыты, а также последующие теоретические расчеты указали на то, что клапан Теслы ведет себя как своеобразный переключатель, чье состояние зависит от того, насколько высок уровень турбулентности жидкости внутри него. В том случае, если жидкость течет достаточно медленно и упорядоченным образом, изобретение Теслы почти не мешает ее движению, пропуская ее в обе стороны.
Если же этот показатель повышается до некой критической отметки, то клапан перестает пропускать воду в обратную сторону, что, как обнаружили Ристоф и его коллеги, было преимущественно связано с тем, как высокий уровень турбулентности влияет на движение воды в боковых каналах изобретения Теслы.
«Наши наблюдения показали, что турбулентность появляется внутри клапана значительно быстрее, чем в нормальных трубах любой формы, при скорости движения воды примерно в 20 раз меньше, чем это обычно происходит. Этот феномен позволяет очень гибко управлять потоками движения жидкостей, что имеет массу практических приложений», – пояснил Ристоф.
В частности, ученые предлагают использовать эту особенность изобретения Теслы для создания различных помп, способных использовать вибрации, вырабатываемые двигателями автомобилей и промышленных установок, для прокачки топлива, охлаждающих жидкостей, масла и прочих газов и жидкостей. Это значительно упростит их конструкцию и продлит сроки работы, подытожили исследователи.
Выяснилось, что кишечник акул работает как клапан Никола Теслы
Американские исследователи впервые провели детальный анализ кишечника акулы. Полученные 3D-изображения удивили ученых: оказалось, что кишечник акулы функционирует точно так же, как изобретенный Николой Теслой односторонний клапан.
Читайте «Хайтек» в
Как это ни странно, но о питании акул наука знает немного: что они едят и как переваривают пищу, а также какую роль играют в экосистеме океана. В новом исследовании ученые стремились выяснить больше о пищеварительной системе морских хищников.
Ученые провели серию 3D-сканирований с высоким разрешением и получили трехмерные изображения кишечников почти 30 видов акул. Благодаря сканированию исследователи обнаружили несколько новых аспектов функционирования кишечника акулы. Анализ показал, что кишечник акулы работает как знаменитый клапан Николы Теслы.
Ученые установили, что спиралевидные органы пищеварения акул замедляют движение пищи и направляют ее вниз по кишечнику, полагаясь на силу тяжести в дополнение к перистальтике, ритмическому сокращению гладких мышц кишечника. Эта функция оказалась аналогом одностороннего клапана, который известный физик Никола Тесла изобрел более ста лет назад. Данный клапан позволяет жидкости течь в одном направлении без обратного потока и помощи со стороны каких-либо движущихся элементов.
В своей работе ученые в основном использовали компьютерный томограф (КТ) в лаборатории Friday Harbor Laboratories для создания трехмерных изображений кишечника акулы, которые были получены из образцов, хранящихся в Музее естественной истории Лос-Анджелеса. Аппарат работает как стандартный компьютерный томограф, используемый в больницах: серия рентгеновских изображений снимается под разными углами, а затем объединяется с помощью компьютерной обработки для создания трехмерных изображений. Это позволяет исследователям увидеть сложность кишечника акулы, не рассекая его и не трогая.
Малоизвестное изобретение Николы Теслы, заинтересовавшее ученых
Сербско-американский физик и изобретатель Никола Тесла широко известен своими работами в области электро- и радиотехники. Его устройства, работающие на переменном токе, во многом определили технический облик XX века. Особенно Теслу любят в массовой культуре, связывая с ним совершенно умопомрачительные мифы (Филадельфийский эксперимент, создание лучей смерти и прочих «вундервафлей»). Однако совсем недавно внимание ученых привлекло одно малоизвестное изобретение Николы Теслы. Это не очередная выдуманная конспирологами «машина смерти», и даже не что-то из электротехники. Речь идет о любопытном гидравлическом механизме под названием «клапан Теслы».
Николе Тесле принадлежит более 300 патентов на разнообразные устройства: двигатели, радиоприемники, пульты дистанционного управления, рентгеновские лучи, неоновые вывески и многое другое. Однако мало кто знает о патенте US1329559A. Это гидравлический механизм, представляющий собой одну из разновидностей обратного клапана.
Чтобы понять смысл изобретения, разберемся, что вообще такое обратный клапан. Если кратко — это механизм, пропускающий среду (например, какую-нибудь жидкость) в одном направлении и предотвращающий ее движение в противоположном. Его используют в различном оборудовании, трубопроводах и насосах. Однако во многих видах обратных клапанов присутствуют подвижные детали, что ограничивает надежность и срок эксплуатации устройства. Клапан Теслы создан без применения каких-либо подвижных деталей.
Продольный разрез клапана Теслы из патента
Общий принцип работы механизма довольно прост: поток, проходящий через канал в одном направлении, разделяется на несколько потоков. Сложная геометрия канала направляет потоки таким образом, что они «гасят» друг друга, в результате чего возрастает сопротивление клапана (обратное, блокирующее направление). При прямом (неблокирующем) направлении поток практически беспрепятственно проходит через клапан. Стоит отметить, что клапан Теслы является так называемым слегка протекающим клапаном: в обратном направлении поток блокируется не полностью. Эффективность механизма определяется тем, во сколько раз сопротивление потоку в блокирующем направлении больше, чем в неблокирующем.
Поток в блокирующем и прямом направлении
На Youtube есть отличное видео, которое визуализирует принцип работы клапана Теслы:
Несмотря на кажущуюся незамысловатость механизма, физика клапана Теслы оказывается намного сложней и глубже. На днях ученые Курантовского института математических наук при Нью-Йоркском университете выпустили статью в Nature Communications, в которой подробно исследуется работа клапана Теслы для различных потоков.
Но прежде рассмотрим такую важную характеристику потока, как число Рейнольдса. Это характеристическое число, основанное на отношении инертности движения течения к вязкости жидкости. Если проще, то это отношение произведения плотности среды 
, ее средней скорости
и гидравлического диаметра 
(например диаметр цилиндрической трубы) к вязкости жидкости 
:
Для каждого вида течения существует критическое число Рейнольдса, определяющее переход от ламинарного движения (движения без перемешивания частиц и пульсаций скоростей и давления) к турбулентному движению (с характерными перемешиваниями жидкости и пульсациями скоростей и давления). Ученые выяснили, что потоки с низким числом Рейнольдса (Re
В своем патенте Николо Тесла указал, что клапан лучше работает не с постоянными, а пульсирующими потоками. Для проверки гипотезы, ученые соорудили установку, очень похожую на преобразователь переменного тока в постоянный (сопоставление изображено на схеме ниже). Преобразователь тока состоит из источника переменного тока и четырех диодов. Благодаря расположению диодов, в первом полупериоде ток проходит только через два диода и идет по красному пути. Во втором полупериоде ток проходит через другие два диода и идет по синему пути. Таким образом, через верхнюю ветвь проходит переменный ток (AC), а через нижнюю постоянный (DC). В аналогичной гидравлической установке в качестве источника пульсирующего потока используется специальное устройство из поршня. Клапаны Теслы используются также, как диоды в электрическом преобразователе. В нижней трубке поток становится постоянным. При увеличении амплитуды и частоты пульсации возрастает скорость постоянного потока, причем характер зависимости носит нелинейный характер.
Ученые предполагают, что обнаруженная связь между сопротивлением, ранней турбулентностью и пульсацией потока найдет применения в устройствах для перемешивания и перекачки жидкостей. На данный момент клапаны Тесла используются в микронасосах. Ведутся исследования для использования клапанов Теслы в импульсных реактивных двигателях для подачи жидкостей в очень малых количествах и устройствах с высоким уровнем вибрации.
Дата-центр ITSOFT — размещение и аренда серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве. За последние годы UPTIME 100%. Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии связи, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов.
А Клапан тесла, названный Теслой клапанный канал, является пассивным обратный клапан. Это позволяет жидкость течь предпочтительно в одном направлении, без движущихся частей. Устройство названо в честь Никола Тесла, который был награжден Патент США 1,329,559 в 1920 году за его изобретение. В заявке на патент изобретение описывается следующим образом: [1]
Внутренняя часть канала снабжена расширениями, выемками, выступами, перегородками или баками, которые, не оказывая практически никакого сопротивления прохождению жидкости в одном направлении, кроме поверхностного трения, представляют собой почти непроходимую преграду для ее потока в пространстве. противоположное направление.
Тесла иллюстрирует это с помощью чертежа, показывающего одну возможную конструкцию с серией из одиннадцати сегментов управления потоком, хотя при желании можно использовать любое другое количество таких сегментов для увеличения или уменьшения эффекта регулирования потока.
Один вычислительная гидродинамика Моделирование клапанов Тесла с двумя и четырьмя сегментами показало, что сопротивление потоку в блокирующем (или обратном) направлении было примерно в 15 и 40 раз соответственно больше, чем в беспрепятственном (или прямом) направлении. [2] Это подтверждает патентное утверждение Теслы о том, что в клапанном канале на его диаграмме может быть получено отношение давлений, «примерно 200, так что устройство действует как слегка протекающий клапан». [1]
Клапан Тесла используется в микрофлюидный Приложения [3] и предлагает такие преимущества, как масштабируемость, долговечность и простота изготовления из различных материалов. [4]
Содержание
Диодичность
Клапан тесла
Визуализация течения полосовой линии при Re = 200 с использованием красителя, введенного выше по потоку:
(а) Прямое направление. Две соседние нити остаются в центральном коридоре канала с небольшими боковыми отклонениями.
Внутренняя часть канала снабжена расширениями, выемками, выступами, перегородками или баками, которые, не оказывая практически никакого сопротивления прохождению жидкости в одном направлении, кроме поверхностного трения, представляют собой почти непроходимую преграду для ее потока в противоположное направление.
Тесла проиллюстрировал это на чертеже, показав одну возможную конструкцию с серией из одиннадцати сегментов управления потоком, хотя при желании можно использовать любое другое количество таких сегментов для увеличения или уменьшения эффекта регулирования потока.
Клапан Тесла используется в микрофлюидных приложениях [4] и предлагает такие преимущества, как масштабируемость, долговечность и простота изготовления из различных материалов. [5] Он также используется в макрожидкостных приложениях. [6]
Одно компьютерное моделирование гидродинамики клапанов Тесла с двумя и четырьмя сегментами показало, что сопротивление потоку в блокирующем (или обратном) направлении было примерно в 15 и 40 раз соответственно больше, чем в беспрепятственном (или прямом) направлении. [7] Это подтверждает патентное утверждение Теслы о том, что в клапанном канале на его диаграмме может быть получено соотношение давлений «примерно 200, так что устройство действует как слегка протекающий клапан». [1]
Однако эксперименты с установившимся потоком, в том числе с исходной конструкцией, показывают меньшие отношения двух сопротивлений в диапазоне от 2 до 4. [6] Также было показано, что устройство лучше работает с пульсирующими потоками. [6]