尼古拉·特斯拉

那么，什么是特斯拉阀呢？特斯拉阀是由塞尔维亚裔美籍科学家尼古拉·特斯拉提出且以自己名字命名的一种单向导通气流阀，并于1920年申请了发明专利。特斯拉阀的神奇之处在于其整体无任何活动部件，仅利用空间结构推动气体流动，无需输入能量即可实现流体的单向导通特性。

从下图可以看出，流体正向流动 (从右至左) 与反向流动 (从左至右) 差别巨大。正向流动时，流体能够绕过所有的翼状障碍进而畅通无阻地从右边流至左边，并且因流动压力而获得加速的效果；但当流体反向流动时，流体每经过1个通道，就向上/下进入1个翼状障碍，回流会使流动发生阻塞效应且增大压头，阻碍着流体整体向前流动。并且翼状障碍越多，流体向前推进的阻力就越大，这便导致了特斯拉阀独特的单向导通效果。

特斯拉阀原理图

有研究表明，对于两个通道的特斯拉阀，正向和反向流动的阻力差距可达200倍。理论上，如果翼状通道足够多，特斯拉阀结构可将流体加速至超音速，而相反方向的流动会使翼状障碍区域压头增大，并逐级建立起多组回流压力区域，形成流体动压效应。如果你用这样的吸管喝水，方向拿对了，你可以轻松地把水吸进嘴里；但要是拿反了，对不起，恐怕你使出吃奶的劲，也只能吸一点点，甚至根本吸不了水到嘴里。

那么，特斯拉阀有哪些方面的应用呢？如果将火焰正向喷过特斯拉阀，可以看到火焰在内部通道里游动的过程，就像在内部形成了回流，这些结构就像是为火焰提供了加速作用。这意味着特斯拉阀可用于发动机和其他涡轮机中，利用其固有振动来泵送燃料、冷却剂、润滑剂，以及其他气体和液体。

当然，特斯拉阀在枪支上及消音器中也有很大用处。气体在后半段的速度和加速度远比前半段要大。当高压气体在爆炸室内膨胀时，它会失去大部分压力和动能。消音器会通过降低从枪管中流出的气体和压力，来降低枪支的声音。

除此之外，特斯拉阀还存在于鲨鱼的消化道里。研究人员从不同角度拍摄了一系列鲨鱼肠道的X射线图像，再用计算机进行处理，将其组合成三维图像，直接观察到了鲨鱼肠道的复杂细节：鲨鱼的肠道像盘山公路一样盘旋曲折，在平滑肌的节律蠕动和重力的作用下，食物在肠道中缓慢移动，既能充分消化食物，也减少了处理食物所消耗的能量。研究人员还惊奇地发现，鲨鱼竟然在消化道中装载有一个“特斯拉阀”，正是这一结构帮助它们完成了边消化边储存的双重功能。这种结构的存在既能阻止食物回流，又能让食物停在特定的位置，这样就能起到储存食物的效果。 

鲨鱼肠道的CT扫描图像，左边是肠道起点，右边是末端

特斯拉阀还有着更多的应用潜力。特斯拉阀不需要通过其他活动部件来控制流体的运动，可以使用多种材料来制造，减少了部件被腐蚀或磨损而损害功能的可能性，更加耐磨、耐用。小伙伴们能想到哪些应用的场景呢？快在评论区分享吧！