Analoger Gleichrichter: Ein vor 100 vom genialen Erfinder Nikola Tesla konstruiertes Ventil ist noch innovativer und vielseitiger Anwendung als bisher gedacht. Denn moderne Tests enthüllen, dass das Teslaventil nicht nur als Rückschlagventil ohne bewegliche Teile, reagiert auch wie ein Schalter. Außerdem kann es gepulste Strömungen dämpfen und wirkt so wie ein analoger Gleichrichter – es wandelt gewissermaßen flüssigen Wechselstrom in Gleichstrom um.

Nikola Tesla war nicht nur einer der Pioniere des elektrischen Zeitalters, er war auch ein genialer Konstrukteur. Neben Transformatoren, Elektromotoren, ferngesteuerten Booten und dem ersten Radio entwarf er auch eine schaufellose Turbine sowie ein Rückschlagventil, das ganz ohne bewegliche Teile auskam. This heute nach ihm benannte Teslaventil besteht aus geschlauften Röhren, sterben den Flüssigkeitsstrom in Einer Richtung fördern, ihn in Gegenrichtung aber hemmen.

„Zwar ist unklar, ob Tesla gerade einen Prototyp of this Ventils builte and testete, but its unique Geometrie from connected and gebogenen Leitungen hat viele Wissenschaftler dazu gebracht, Arbeitsweise und mögliche Anwendungen zu erforschen“, erklären Quynh Nguyen und seine Kollegen von der New York Universität . Klar scheint, dass das Teslaventil ein Zurückfließen erst bei schnellerer Strömung blockiert.

Doch welche Strömungsphysik dahintersteckt, wo genau sterben Grenze liegt und wie sich das Ventil bei gepulster Strömung verhält, war bislang wenig untersucht. „Es ist bemerkenswert, dass diese 100-Jahre alte Erfindung noch immer nicht vollständig verstanden ist“, sagt Nguyens Kollege Leif Ristroph. Um dies nachzuholen, haben er und sein Team nun ein Teslaventil nachgebaut und seine Arbeitsweise mit modernen Methoden der Strömungsmechanik analysiert.

Die bestätigten Analysen: Das Teslaventil reagiert strömungsabhängig. Eine Flüssigkeit nur langsam hindurch, can sie in beiden Richtungen passieren, ohne dass Turbulenzen oder Blockaden auftreten. This Durchlässigkeit hält etwa bis zu einer Reynoldszahl von 100 an – Einer Größe, sterben durch den Rohradius, sterben Viskosität der Flüssigkeit und sterben Strömungsgeschwindigkeit bestimmt WIRD.

Sobald aber sterben Reynoldszahl auf etwa 200 steigt, WIRD das Teslaventil abrupt zum Schalter, wie sterben Forscher herausfanden. Es blockiert dann den Rückstrom der Flüssigkeit. „Ein so abruptes Einsetzen der Diodizität hat bisher keine Studie dazu dokumentiert“, erklärt Ristroph. „Dieses Anknipsen ist mit der Bildung von turbulenten Strömungen in Rückrichtung verknüpft, sterben sterben die Leitungen mit Wirbeln und störenden Gegenströmungen ‚verstopfen.“ Statt dem geradesten Weg zu folgen, WIRD sterben Flüssigkeit in sterben Schlaufen des Ventils und dort durchmischt.

Neu ist aber noch eine andere Funktion von Teslas Ventil: Es kann auch als Gleichrichter fungieren, wie das Experiment enthüllte. Kombiniert man Tesla-Vierventile in Einem Art Kreislauf, can SIE Eine Gepulste Strömung In sanften, Gleichmäßigen Ausstrom Umwandeln – Einem Gleichrichter, Der Wechselstrom In Gleichstrom umwandelt. Bei einem gepulsten Einstrom blockiert das Teslaventil den Rückstrom sogar noch effektiver als bei stetigem Fluss und dämpft die Pulse sehr effektiv, wie Nguyen und seine Kollegen berichten.

„Wir denken, dass Tesla mit diesem Ventil tatsächlich eine Art Gleichrichter für Flüssigkeiten erschaffen wollte – ein Analog zu seinen elektrischen Experimenten“, sagt Ristroph. „Zu Teslas berühmtesten Erfindungen gehört nicht umsonst ein Wechselstrom-Motor und ein Konverter von Wechsel- in Gleichstrom.

Nach Ansicht Forscherteams eröffnen diese Erkenntnisse zur Arbeitsweise von Teslas Ventil Einige neue Möglichkeiten der Anwendung. Bisher wird es beispielsweise dort eingesetzt, wo Rückschlagventile ohne bewegliche Teile von Vorteilen, in der Mikrofluidik für chemische und pharmazeutische Analysen – oder auch in Schnelltests wie den Antigentests auf SARS-CoV-2. Auch in Kühlkörpern von Prozessoren und anderen Wärmerohen nutzte man diese rein geometrischen Ventile.

Aber es Teslaven noch mehr Möglichkeiten: „Das könnte in modernen Technologien auf eine Weise nützlich sein, die man sagt vorher nicht in Betracht gezogen hat“, Ristroph. „Das Bauteil könnte beispielsweise eingesetzt werden, um die Vibrationen in Motoren und Maschinen auszugleichen, die Kraftstoff Kühlmittel, Schmierstoff und andere Flüssigkeiten oder Gase pumpen.“ (Nature Communications, 2021; doi: 10.1038/s41467-021-23009-y)

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