特斯拉流体二极管与电-液类比
流体动力学
2021-03-30 v1 物理教育
摘要
类比推理在物理学中对师生和研究者都很有力，电子学与流体力学作为电流与流动的类似研究即为一例。约100年前，尼古拉·特斯拉提出了一种流量控制装置，旨在以类似于电子二极管的方式工作，允许流体易向通过而反向提供高阻力。在此，我们利用对特斯拉二极管的实验测试来阐释电-液类比的原理。我们设计并构建了一个差压腔室（类似于电池），用于测量给定管道或通道（电路元件）的流速（电流）从而得出其阻力。我们的结果证明了特斯拉装置的有效性，其各向异性阻力源于其不对称内部几何结构与高惯性流动的相互作用，由雷诺数（此处 Re ~ 1e3）量化。通过设计与测试新型流体二极管，我们探究了该类比的局限性与流体力学中形状优化的挑战。我们还提供了可纳入流体动力学课程教案、实验模块及进一步研究项目的材料。
引用
@article{arxiv.2103.14813,
title = {Tesla's fluidic diode and the electronic-hydraulic analogy},
author = {Quynh M. Nguyen and Dean Huang and Evan Zauderer and Genevieve Romanelli and Charlotte L. Meyer and Leif Ristroph},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.14813},
year = {2021}
}
备注
23 pages (double spaces), 8 figures