特斯拉阀单向导通性研究

刘海洋 马 佳 王 森 郑若雨

(沈阳航空航天大学 1创新创业学院; 2理学院，辽宁 沈阳 110136)

1 问题的提出

特斯拉阀起源于尼古拉·特斯拉在1920年提出的无可动部件阀专利[1]，这是一个有固定几何形状的单向阀门，可以对内部流体提供一个方向相较另一个方向大得多的流体阻力。相较于传统阀，特斯拉阀无可动部件，因此使用寿命更长，且便于批量生产。特斯拉阀在微流体控制系统，开发无可动部件阀门等方面有潜在应用价值，因此具有较大的研究意义。

目前有诸多工作者对此进行了一系列的研究，如Reed. J. L在尼古拉·特斯拉提出的结构基础上，通过进一步改进，提出了MSTV型特斯拉阀[2]；Gamboa. A. R等人计算得到了GMF型特斯拉阀单元结构[3]，能够有效提高特斯拉阀单向导通效率；Bardel.R.L提出了表征特斯拉阀单向导通的参数Di[4]；S. Zhang等人则提出了可能影响效率参数的7个结构参数[5]。

而前人所做的工作集中在微流体控制系统中μm级别尺寸的特斯拉阀，在较大尺寸结构的相关特性方面有所欠缺。我们希望能对特斯拉阀的应用领域做出推广，因此，从经放大100倍且具有最佳单向导通特性的GMF特斯拉阀出发，使用当今成熟的计算流体动力学(CFD)技术，并结合实验分析，对影响其特性的相关因素进行了探讨。

2 特斯拉阀相关理论

2.1 GMF特斯拉阀

特斯拉阀最早由尼古拉·特斯拉提出，经前人研究后，得出的具有最高单向导通效率的结构为GMF特斯拉阀[3]，其单元示意图如图1所示。

图1 GMF特斯拉阀单元(长度单位：mm)