特斯拉閥：曾被遺棄的天才之閥

□文/石出

提起尼古拉·特斯拉，大家可能都比較熟悉了，交流電、無線電、雷達(dá)、X 光攝影、太陽能發(fā)電等許多我們今天離不開的技術(shù)和物品都來自這個(gè)聰明的科學(xué)家。可你知道嗎，特斯拉還發(fā)明過一個(gè)讓人疑惑的物品——特斯拉閥。

特斯拉閥

奇特的特斯拉閥

特斯拉閥之所以讓人疑惑，是因?yàn)樗L得有些奇形怪狀：說它是水管吧，它又不是一根直管，而是由一個(gè)個(gè)像水滴一樣的結(jié)構(gòu)交互聯(lián)結(jié)而成的管道，耗費(fèi)的材料比直管多不少，水從中流過還沒有直管快；說它是閥門吧，它又不像普通閥門那樣裝有開關(guān)，不能方便地控制水流的流量。讓人拿它干什么好呢？即使有著特斯拉的名頭加持，人們也對(duì)這個(gè)古怪的東西敬謝不敏。

特斯拉對(duì)這個(gè)東西倒是信心滿滿，按他的說法，這個(gè)東西既能當(dāng)水管又能做閥門，是一個(gè)兩用的天才設(shè)計(jì)。當(dāng)水流從水滴大頭那端流入時(shí)，雖然有兩個(gè)開口，但是只有很少一部分的水會(huì)選擇彎道繞路而行，而大部分的水依舊會(huì)沿著相對(duì)較直的管道流動(dòng)。這樣，特斯拉閥就可以當(dāng)水管使用，水流從中流過幾乎沒有太多的損失。

特斯拉閥管道

而水流從另一端流入時(shí)，情況恰恰相反。在往前流動(dòng)的過程中，水流會(huì)遇上一個(gè)接一個(gè)的彎道，第一批走彎道的水流會(huì)撞上管壁，大大損耗向前流動(dòng)的能量；到下一個(gè)彎道，另一部分水流也會(huì)進(jìn)入彎道，被損耗能量；兩股水流相遇時(shí)，碰撞的發(fā)生也會(huì)導(dǎo)致能量再次損耗……這樣的經(jīng)歷反復(fù)發(fā)生，每一滴水都無法逃開，直到最后水流再也無力前行，只有很少甚至沒有水流能從管口流出。這就起到了閥門止水的作用。

盡管這設(shè)計(jì)聽起來不錯(cuò)，但人們那時(shí)已有了水管和閥門，兩者一結(jié)合，完全能達(dá)到特斯拉閥的目的，并不需要一個(gè)有著奇特設(shè)計(jì)的特斯拉閥，它也只得無奈蒙塵。

鯊魚消化道中的“特斯拉閥”

很長時(shí)間里，特斯拉閥在人類生活中都沒能一展身手，但在鯊魚的消化道里，“特斯拉閥”卻默默發(fā)揮著作用。

鯊魚是海洋中的頂級(jí)掠食者，食量大得嚇人。為了保證足夠的營養(yǎng)，鯊魚幾乎無所不吃，它們的獵物包括無脊椎動(dòng)物、魚類、哺乳動(dòng)物甚至海草。盡管如此，鯊魚想捕獲足夠的獵物并不容易。海洋如此廣闊，獵物輕易就能逃脫，大多數(shù)鯊魚通常要隔上好幾天甚至幾周才能吃到一頓大餐。

好在，鯊魚有一個(gè)好方法解決這個(gè)困境——隨身攜帶“冰箱”，將暫時(shí)無法消化的大餐儲(chǔ)存起來，當(dāng)獵物不足時(shí)，它們就會(huì)將這些食物取出來，聊以充饑。鯊魚的“冰箱”功能強(qiáng)大，能將食物保存十天半月都不會(huì)壞掉。這樣，即使鯊魚很長時(shí)間捕捉不到足夠的獵物，也不會(huì)餓死。

但是，鯊魚的“冰箱”是如何完成這項(xiàng)工作的？鯊魚只有一個(gè)胃，它們?nèi)绾文茉谙澄锏耐瑫r(shí)又儲(chǔ)存食物呢？

借助一種新方法，美國加州州立大學(xué)多明格斯山分校的研究人員第一次看到了鯊魚腸道的全貌。研究人員從不同角度拍攝了一系列鯊魚腸道的X 射線圖像，再用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，將其組合成三維圖像，這樣，無須解剖或破壞原有結(jié)構(gòu)，就能直接觀察到鯊魚腸道的復(fù)雜細(xì)節(jié)。他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，鯊魚竟然在消化道中裝了一個(gè)“特斯拉閥”，正是這一結(jié)構(gòu)幫助它們完成了邊消化邊儲(chǔ)存的雙重功能。

鯊魚的腸道像盤山公路一樣盤旋曲折，在平滑肌的節(jié)律蠕動(dòng)和重力的作用下，食物在腸道中緩慢移動(dòng)，既能充分消化食物，也減少了處理食物所消耗的能量。與此同時(shí)，螺旋腸道的多個(gè)彎道像特斯拉閥一樣，能阻止食物回流，甚至能讓食物停在特定的位置，這樣就能起到儲(chǔ)存食物的效果。

拂去塵埃，大放異彩

受到鯊魚的啟發(fā)，研究人員希望能將特斯拉閥運(yùn)用到廢水處理和水中微塑料過濾等領(lǐng)域，用最簡單的材料進(jìn)行對(duì)流體的控制，既能讓流體通過，又能截留流體中的其他雜質(zhì)，讓特斯拉閥發(fā)揮應(yīng)有的作用。

特斯拉閥還有著更多的應(yīng)用潛力。特斯拉閥不需要通過其他活動(dòng)部件來控制流體的運(yùn)動(dòng)，可以使用多種材料來制造，減少了部件被腐蝕或磨損而損壞功能的可能性，更加耐磨、耐用。

目前，特斯拉閥已被用于微流體和脈沖噴射發(fā)動(dòng)機(jī)中，用來輸送燃料、冷卻劑、潤滑油或其他氣體和液體。除了流體，特斯拉閥竟然對(duì)火焰也有“截流”的效果。在此前的一項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，用噴槍對(duì)著特斯拉閥的左側(cè)噴火，火焰竟然難以從右側(cè)噴出。而交換一下位置，從右側(cè)噴火，在高速攝影機(jī)下可以清楚地看到火焰順利、快速地通過特斯拉閥。這種特性是不是可以在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中有所應(yīng)用呢？如果將火箭的噴火管道設(shè)計(jì)成特斯拉閥，甚至彎曲盤旋起來，是不是可以大大提高噴發(fā)速度、增大火箭的推力呢？對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家而言，也許會(huì)是一個(gè)重大的啟發(fā)。

特斯拉閥火焰測試

特斯拉不愧是一個(gè)偉大的發(fā)明家，他在幾十年前制造出的一個(gè)簡單的小玩意兒，后世的人們?nèi)圆荒芡耆I(lǐng)悟其中的魅力。

鯊魚在消化道中裝載有一個(gè)“特斯拉閥”