特斯拉阀的数值模拟与验证
特斯拉阀是一种无运动部件的单向阀（NMP，no-moving parts），当流体正向流动时，阻力小，而流体反向流动时，阻力很大。对于通过常规的单向阀无法实现流体流向控制的场合，可以考虑特斯拉阀，需要注意的是，只有当流速达到一定程度高时，特斯拉阀才能起到显著的单向控制，而且也不是真正意义上的单向，虽然反向阻力大，但不代表一点流体也不通过。今天，我做一个微结构特斯拉阀的案例，并与参考文献实验值对比。 特斯拉阀的结构尺寸如下图，基本尺寸为α、L和R。建模时，先根据基本尺寸创建内部面（ABC），再根据流道宽度创建外部面和进出口长度。本案例，基本尺寸为α=45°、L=235μm和R=228μm，L1和L2均为600μm，流道宽度W和深度D均为100μm（水力直径Dh=100μm）。划分多面体网格，节点数约为60万，最小正交质量0.4。 工作介质为水，密度1000kg/m3，粘度为4.6e-4Pa.s。 计算三种流量下的流场，分别为Q=300μl/min、Q=550μl/min和Q=750μl/min，基于水力直径下的雷诺数分别为108、199和272，均为层流状态，因此采用层流计算。 特斯拉阀基本性能参数为逆向流压降和正向流压降之比，命名diodicity。 三种流量下，该特斯拉阀的Di模拟值和实验值[1]对比如下，两者误差均在10%以内。 流量300μl/min时，正向流速度场和逆向流速度场如下。[1] T-Q. Truong, N-T. Nguyen. Simulation and optimization of tesla valves. 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-07-05
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