Клапан Тесла , называемое Теслом клапанной трубопроводы , является фиксированной геометрией пассивного обратным клапаном . Это позволяет жидкости течь преимущественно в одном направлении без движущихся частей. Устройство названо в честь Николы Теслы , которая в 1920 году получила патент США 1329559 за свое 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 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.
Не имея движущихся частей, клапаны Tesla намного более устойчивы к износу и усталости, особенно в приложениях с частым изменением давления, таких как импульсная струя . [2]
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]
Диодичность
Клапаны представляют собой конструкции, которые имеют более высокий перепад давления для потока в одном направлении (обратном), чем в другом (прямом). Эта разница в сопротивлении потоку вызывает чистый направленный расход в прямом направлении в колеблющихся потоках. Эффективность часто выражается в диодичности., являющееся отношением перепадов давления для одинаковых расходов: [8]
где - перепад давления обратного потока, и падение давления в прямом потоке для скорости потока .
Смотрите также
Рекомендации
- ^ a b "Патент №: US001329559" . Ведомство США по патентам и товарным знакам . Офис директора по коммуникациям. Архивировано 3 января 2017 года . Проверено 2 января 2017 года .
- ^ «Архивная копия» . DOI : 10.1007 / s12213-013-0069-1 . S2CID 109638783 . Архивировано 23 апреля 2021 года . Источник 2021-05-12 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь )CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ) - ^ http://researchgate.net/profile/Fred-Forster/publication/245883107_Design_fabrication_and_testing_of_fixed-valve_micro-pumps/links/53f611b30cf22be01c403707/Design-fabrication-and-testing-of-microsoft-valump-
- ^ Дэн Юнбо; Лю, Чжэньюй; Чжан, Пин (28 января 2010 г.). «Оптимизация микроклапанов гидравлического сопротивления неподвижной части с низким числом Рейнольдса» . Микро-электромеханические системы (МЭМС), 23-я Международная конференция IEEE 2010 г., посвященная : 67–70. DOI : 10.1109 / MEMSYS.2010.5442565 . ISBN 978-1-4244-5761-8. S2CID 22740698 . Архивировано 12 мая 2021 года . Дата обращения 12 мая 2021 .
- ^ Гамбоа, Адриан Р .; Моррис, Кристофер Дж .; Форстер, Фред К. (2005). «Повышение эффективности микронасосов с фиксированным клапаном за счет оптимизации формы клапанов» . Журнал инженерии жидкостей . 127 (2): 339. DOI : 10,1115 / 1,1891151 . S2CID 55961879 . Архивировано 12 мая 2021 года . Источник 2021-05-12 .
- ^ а б в Нгуен, Куинь; Абуэцци, Джоанна; Ристроф, Лейф (17 мая 2021 г.). «Ранняя турбулентность и пульсирующие потоки увеличивают периодичность макрожидкостного клапана Теслы» . Природа связи (12): 2884. DOI : 10.1038 / s41467-021-23009-у . Проверено 21 мая 2021 года .
- ^ "Клапанный канал Теслы - Журнал Сила Жидкости" . Журнал Fluid Power . 2013-10-23. Архивировано из оригинала на 2017-01-13 . Проверено 13 января 2017 .
- ^ де Фриз; Флорея; Хомбург; Фрейнс (2017). «Устройство и работа клапана тесла-типа для пульсирующих тепловых трубок» . Международный журнал тепломассообмена . 105 : 1–11. DOI : 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2016.09.062 .
Внешние ссылки
- Tesla Valve объяснили огнем на YouTube
- Клапан Тесла | Полная физика на YouTube