特斯拉100年前設計的這個閥門，如今依舊被廣泛使用

說到尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla），相信很多人第一印象就是，交流電機以及遠距離輸電的發明人。

但其實作為歷史上一位被埋沒的偉大天才發明家，特斯拉的光環非常的多：交流電之父、無線電之父、免費能源之父、雷達之父、X光攝影之父、太陽能之父、死光之父、飛碟之父、人造閃電之父、人造地震之父等等...

因正是如此吊炸天，堪稱神一般的男人，就連今天著名的電動車特斯拉Tesla完全是蹭了他的大名熱度。其CEO埃隆·馬斯克也將其稱為最敬佩的人物，沒有之一。

其一生髮明的專利更是多達300多項，堪稱“極客之父”，一生都窩在家裡搞發明創造，甚至晚年依舊單身，把一生都貢獻給了科學...

尼古拉·特斯拉誕辰150週年紀念郵票

而在他眾多的發明專利中，有很多至今仍在使用，即便用不上的也對近代科技產生了深遠的影響...今天就和大家聊一聊，其在1920年申請的專利——Tesla Valve特斯拉閥

下圖為當時特斯拉

申請專利的設計圖

圖源美國專利商標局

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特斯拉閥，又被稱作瓣膜導管管道結構，是一個固定幾何形狀的、被動式單向閥。

它不同於我們常見的單向閥，都需要複雜的結構或運動來控制水流或氣體...

特斯拉閥最大的特點就是無任何活動部件，無需輸入能量即可實現流體的單向導通，這在大多數人看來是不可能的操作，但尼古拉·特斯拉做到了！不愧是最接近“神”的男人！

而特斯拉閥的巧妙之處，就在於一個個形狀彷彿淚珠狀，卻又相互連通的管道結構。根據流體具有的慣性，這些固定的幾何形狀讓流體在行進的過程中會有巧妙的變化。

比如，當流體從右側進入時，雖然剛開始會遇到兩個分流，但因為特殊的形狀，只會有少部分流體會選擇在上面的彎道繞路而行，而大部分流體依舊會沿著較粗的直線管道流動...

而當流體繼續往前時，又會遇到一個相反方向的淚珠狀結構，從第一個彎道處流過的部分流體因為無需再繞道，而是一條筆直的管道，所以前面分流的流體又會繼續匯合，幾乎形成一條直線，沒有太多阻礙，然後反覆前行...

換句話說，當流體從右側開始流動時，特斯拉閥幾乎沒有太多的能量損耗。

但厲害的地方來了～當流體從左側進入時，因為固定的幾何形狀結構，雖然依舊會被分流，但分流後遇到的管道結構又不相同，從上面彎道繞路而走的流體會在前進時遇到一個半環形牆壁，流體撞在上面會損失相當多的能量...

但還沒有結束，緊接著流體又要旋轉180°，這又會導致能量損失，最終與第一次分流後的流體匯合，而當兩股相反方向的流體相遇時，頗有一種“狹路相逢勇者勝的意思，最終能量會再次損耗...

而當流體再次整裝待發準備繼續前進時，經歷多次的阻礙，剩餘能量本來就不多，但前面依然還有多個類似的幾何固定形狀...於是流體阻力越來越大，最終導致根本就流不出來...實現單向流體導通。

流體：啥意思？玩我！

換句話說，如果你用這樣一根吸管喝水，方向拿對了，你可以輕鬆地把水吸進嘴裡；但要是拿反了，對不起，恐怕你使出吃奶的勁，也只能吸一點點，甚至根本吸不了水到嘴裡...

特斯拉閥對氣體也是一樣的，國外有一個博主就曾做過測試。。

在高速攝影機下拍攝，用噴槍對著特斯拉閥的左側噴火，發現火焰難以從右側噴出。

而交換一下位置，從右側噴火，高速攝影機下可以清楚地看到火焰順利快速的透過特斯拉閥。

這就是整個特斯拉閥的簡單原理，根據尼古拉·特斯拉在專利申請中描述，這一串由11個流體控制的元件，當流體沿某一方向透過時，除了有表面摩擦外，幾乎沒有阻力，但是流體如果想從相反的方向流過幾乎不可能。

而且隨著固定幾何形狀的結構數量增加，相反方向的水流透過閥門的阻力會變得更大，最大甚至可以相差10～200倍...

不過有一個前提是，這需要考慮到流體的流速，因為當流體速度較慢時，閥門提供的阻力很小，無論是左側還是右側都會正常流出，但是一旦流速超過某個閾值，左側的閥門的阻力就會增加，甚至產生反向湍流...

特斯拉閥內部雖然沒有阻止流體運動的活動部件，但卻彷彿自帶“開關”，而這也意味著它具有更高的耐磨、耐用性，可以用很多材料來製造。目前已知已被廣泛用於微流體和脈衝噴射發動機中，用來輸送燃料、冷卻劑、潤滑油或其他氣體和液體。

瑞士Pichoux峽谷因為修築水壩截斷了魚類洄游之路。為了讓魚類能正常洄游，還特別參考特斯拉閥的原理設計了一個魚梯，這樣從上游下來的水流就被自動放緩，而魚類洄游時的上行就變得容易很多。