EnergyScience.ru - Альтернативная энергия

Клапан Теслы, называемый Теслой клапанным каналом, является пассивным обратным клапаном с фиксированной геометрией. Это позволяет жидкости течь преимущественно в одном направлении, без движущихся частей. Устройство названо в честь Николы Теслы, который в 1920 году получил патент на свое изобретение. В патентной заявке изобретение описывается следующим образом: [1]

Внутренность трубопровода обеспечена с увеличениями, углублениями, выступами, дефлекторами, или ведрами которые, пока предлагающ фактически никакое сопротивление к проходу жидкости в одном направлении, за исключением поверхностного трения, образовывают почти непроходимый барьер к своей подаче в противоположное [направление].

Тесла иллюстрирует это рисунком, показывая одну возможную конструкцию с серией из одиннадцати сегментов управления потоком, хотя любое другое число таких сегментов может использоваться по желанию для увеличения или уменьшения эффекта регулирования потока.

Одно вычислительное моделирование динамики жидкости клапанов Тесла с 2 и 4 сегментами показало, что сопротивление потоку в блокирующем (или обратном) направлении было соответственно примерно в 15 и 40 раз больше, чем в беспрепятственном (или прямом) направлении.[2] это подтверждает патентное утверждение Теслы о том, что в клапанном канале на его диаграмме соотношение давления "приближается к 200, так что устройство действует как слегка протекающий клапан".[1]

Клапан Тесла использован в microfluidic применениях[3] и предлагает преимущества как масштабируемость, стойкость, и легкость изготовления в разнообразие материалах.[4]

Клапанный канал Тесла
Опубликовано 10/23/2013 по Fluid Power Journal в особенности | 21 комментарии
Никола Тесла хорошо известен своими вкладами в электротехнику, поэтому более чем удивительно слышать, что он также внес вклад в жидкую энергию. Благодаря популярности Интернета, многие из этих старых и забытых инвестиций выходят на свет, в том числе устройство под названием “клапан Теслы.”

Клапан Теслы похож на типичный клапан, но с одним ключевым отличием: абсолютно никаких движущихся частей. Он имеет конструкцию, которая позволяет жидкости течь беспрепятственно в одном направлении, но в другом направлении, жидкость блокируется. Тесла дает следующее объяснение в своем патенте (рис. 1): "внутренняя часть трубопровода снабжена увеличениями, углублениями, выступами, перегородками или ведрами, которые, не оказывая практически никакого сопротивления прохождению жидкости в одном направлении, кроме поверхностного трения, представляют собой почти непроходимый барьер для ее потока в противоположном направлении.”

Тот факт, что что-то запатентовано, не является доказательством того, что оно действительно работает. Идея клапана без движущихся частей звучит интригующе. Такое устройство не нуждается в техническом обслуживании и может выдерживать такие суровые условия, как жара, влажность и многократное использование. По этой причине я решил выяснить, действительно ли такое устройство возможно.

Вычислительная гидродинамика (CFD) казалась идеальным способом не только измерить эффективность устройства, но и “заглянуть внутрь” устройства, чтобы увидеть, как оно на самом деле работает. Размерных чертежей прибора нет, поэтому пришлось кропотливо проследить его по иллюстрациям в своем патенте (с помощью линейки и транспортира). После того, как я создал модель, я смоделировал поток в каждом направлении—направлении блокировки и беспрепятственном направлении.

Инжир. 2 показано движение жидкости в направлении блокировки (слева направо). Верхний кадр-это то, как поток выглядит изначально, продвигаясь к полностью развитому потоку в четвертом кадре. Красный цвет обозначает области, в которых жидкость движется быстрее всего. В направлении блокировки поток следует по змеевидному пути вокруг внешних каналов устройства, как и предполагал Тесла. Из-за этого основная масса жидкости вынуждена следовать длинным, узким и турбулентным путем. Эффект заключается в огромном перепаде давления, что делает его очень трудно подтолкнуть жидкость в этом направлении.

Инжир. 3 показано развитие жидкости в беспрепятственном направлении (справа налево). Через несколько секунд поток развивает хороший скользящий поток вниз по середине трубопровода. Синий цвет представляет области, в которых практически нет движения. Основная масса жидкости способна следовать широким и в основном ламинарным маршрутом, и, таким образом, единственные потери связаны с поверхностным трением.

Тесла количественно оценил эффективность устройства, рассчитав отношение сопротивления в одном направлении по сравнению с другим. Он сделал смелое заявление “что " сопротивление в обратном направлении может быть в 200 раз больше, чем в нормальном направлении [ ... ], так что устройство действует как слегка протекающий клапан.”

Как эта модель CFD устройства измеряется? Первые симуляции были фактически вдвое короче тех, что были изображены (только два сегмента). В этом случае сопротивление в направлении блокировки было в 15 раз больше, чем в беспрепятственном направлении (4,79 кПа против 0,318 кПа). Для четырехсегментной версии, изображенной на рисунке, соотношение было колоссальным 40,8 (23,7 кПа против 0,581 кПа). На иллюстрации в патенте Теслы включала в себя 11 слоев. Хотя я не моделировал полную версию, кажется правдоподобным, что соотношение давления 200 может быть достигнуто.

Если устройство действительно работает, почему мы не используем его по сей день? Тесла спроектировал клапан как часть своего нового парового двигателя в надежде повысить эффективность электростанции. Однако менее чем через месяц после того, как Тесла подал патент, ему пришлось подать на банкротство. Это положило конец многим амбициозным проектам, над которыми он работал. К тому времени, когда патент истек 20 лет спустя, устройство уже было забыто.

Бесчисленные патенты пострадали от подобной судьбы, никогда не имея возможности реализовать свой потенциал. Хотя есть много патентов, которые не работают так, как рекламируется, есть столько же совершенно действительных и полезных патентов. Чтобы отделить хорошее от плохого, нужны работа и умение, но от этого можно многое выиграть.

Новые патенты дороги и временны. Старые патенты бесплатны и гарантированно будут свободны навсегда. В то время как нам нужны новые идеи, есть также Мир существующих инноваций, которые только и ждут, чтобы быть построены. Нет ничего плохого в том, чтобы взять старую идею и превратить ее во что-то новое и полезное. Для каждой проблемы есть много потенциальных решений, и лучшее решение может включать то, что уже существует.

патент Тесла

Я предполагаю, что как только поток инициируется в одном направлении, будет создана серия тороидальных вихрей, которые должны облегчить поток в одном направлении, но серьезно препятствовать потоку в другом.

Я не знаю, как это будет работать, но это можно сделать, просто нагревая и обжимая некоторые пластиковые трубки.

Я также думаю, что это может даже уменьшить сопротивление или трение в нужном направлении, в отличие от прямой трубы или трубки из-за движения вихрей, которые когда-то вращались, действовали бы почти как маленькие воздушные шарикоподшипники.

Я рассуждаю так: это похоже на зазубренный нож, который режет лучше, чем прямое лезвие. Он также напоминает волны в океане и / или песчаные "волны" в пустыне, образованные ветром. По принципу, что все в природе следует по пути наименьшего сопротивления - можно предположить, что эта форма и круговые вихри образуются уменьшить сопротивление ветра на поверхности воды или песка.

Трубки такой формы могут просто уменьшить сопротивление потока жидкости через трубку в нужном направлении, препятствуя потоку в противоположном направлении.

Во всяком случае, из прочтения патента видно, что Тесла разработал этот "клапан" со своим "Самодействующим двигателем", поскольку он упоминает о его использовании в связи с одним из компонентов этого двигателя, который он разработал свой "механический генератор".

Он также утверждает, что этот клапан предназначен для использования там, где есть пульсирующий поток или потенциал для быстрых колебаний в потоке, что на самом деле имело бы место здесь - попеременное расширение и сжатие газа или воздуха в тепловом двигателе. Тесла утверждает, что его клапан идеально подходит для таких обстоятельствах.

Я думаю, что тороидальные вихри, созданные альтернативной конструкцией, создадут более длительные вихри или завихрения в форме пончиков, подобные кольцам дыма, которые в какой - то степени будут самоподдерживающимися.

В одном направлении воздух будет почти "вытягиваться" через Центр вихря в форме пончика, в то время как в другом направлении, как только вихрь будет установлен, будет противоположный поток, как попытка протиснуться через кольцо вращающихся шин.

В то время как в одном направлении вращение будет помогать в другом-прямым препятствием.

Контексте 1
... диоды использованы как приборы регулирования потока; они действуют как протекающие задерживающие клапаны. Они предлагают высокоомное для того чтобы пропустить в одном направлении и очень более малое сопротивление в противоположном направлении. Они выполняют 1 эту задачу без каких-либо движущихся частей, что делает их надежным и надежным. Концепции диода подачи 2 вокруг в течение многих лет. На рисунке 1 показан жидкокристаллический диод, запатентованный Теслой в 1920 году, и с тех пор было запатентовано много вариантов. Конструкция Теслы такова, что поток расщепляется и рекомбинируется несколько раз в направлении потока с высоким сопротивлением, в то время как поток относительно прямой в направлении с низким сопротивлением. Некоторые дополнительные примеры показаны на рис. 2 через 5. На рис. 2 показана конструкция диода потока на основе многократного расширения и сжатия. Диаграмма от патента конструированного для того чтобы предотвратить downflow в печной трубе. Поток в восходящем, или прямом, направлении движется через одно коническое сжатие, а затем выматывается через ряд непрерывно больших отверстий. В обратном потоке (или дымоходе) поток проходит через все меньшие и меньшие внезапные сокращения, а сопротивление потоку в этом направлении намного больше. На рис. 3 показана микроканальных жидкостных диода. Диод представляет собой цепочку стрелок в центре рисунка. Остальная часть структуры используется для измерения давления на обоих концах диода. В этой конструкции более высокое сопротивление потоку находится в направлении справа налево, а более низкое сопротивление потоку - слева направо. Конструкция шарикового диода показана на рис. 4. В этой конструкции шарики должны быть близки к плавучести в потоке потока. На левом рисунке поток направлен вверх. В этом случае шары захватываются экраном, который имеет относительно большое поперечное сечение отверстия по сравнению с поперечным сечением шаров, а поток лишь незначительно ограничен наличием шаров. В нисходящем направлении шарики ограничены гораздо меньшим поперечным сечением, и поток должен проходить через геометрию упакованного слоя, что приводит к значительно более высокому сопротивлению потоку. Другая конструкция флюидного диода показана на рис. 5. Серия направляющих лопастей центрирована в трубке потока, а на одном конце устройства расположена вихревая крыльчатка. На рисунке поток в нисходящем направлении идет в основном через свободную кольцевую область вокруг направляющих лопаток; это направление является направлением падения низкого давления. Подача в восходящее направление должна сперва пропустить через турбинку, которая начинает свирль в подаче. Направляющие лопасти предназначены для того, чтобы заставить поток продолжать закручиваться по длине устройства, вызывая падение высокого давления в этом направлении. Другой тип конструкции псевдоожиженного диода также использует закрученный поток в несколько иной конфигурации; вихревой диод предназначен для создания вращающегося потока для увеличения сопротивления потоку в одном направлении. Пример вихревого диода показан на рис. 6. Он сконструирован таким образом, чтобы поток в прямом направлении входил в центр устройства и выходил в тангенциальный порт (диаграмма справа на рис. 6). В обратном направлении поток поступает в тангенциальный порт, индуцирует закрученный поток в диоде и затем выходит в центральный порт (показано на левой диаграмме рис. 6), увеличивая падение давления значительно над этим в переднем...
Вид

... В обратном направлении поток поступает в тангенциальный порт, создавая вращающийся и закрученный поток в диодной камере, а затем выходит из осевого порта. Закрученный поток приводит к значительно большему падению давления в обратном направлении по сравнению с прямым направлением (Yoder 2012). Пример прямого и обратного направлений потока в вихревом диоде показан на рис. 1. ...
... Диоды Вортекса были использованы как протекающие клапаны non-return в разнообразие применениях. Например, они используются в атомной промышленности в качестве системы перекачки радиоактивных отходов без движущихся частей (Yoder, 2012). На гидравлических / тепловых электростанциях они в основном используются для гашения колебаний в трубопроводных системах (Haakh 2003). ...
... Тем не менее, большинство этих работ были выполнены для диодов макромасштабного размера. Эти исследования привели к хорошему пониманию поведения потока в макромире ( Kulkarni et al. 2008;Yoder 2012;Haakh 2003;Bardell 2000; Pandare and Renade 2015). Например, было заявлено, что эффективность макро-вихревой диод во многом зависит от конкуренции между инерционными и вязкими эффектами (Андуз и соавт. 2001). ...

А такая хрень для магнитного потока в магнитопроводе бывает ?