Comprendre la valve Tesla à l'aide de Simulation SOLIDWORKS

Nikola Tesla a inventé plusieurs choses. L'une de ses inventions les moins connues est la valve Tesla, une valve unidirectionnelle sans pièce mobile.

Comment fonctionne la valve Tesla

Lorsqu'un liquide ou un gaz se déplace dans le sens du faible écoulement, des reflux se créent, augmentant l'énergie et la pression nécessaires pour le forcer à s'écouler dans cette direction. Dans le sens inverse, le liquide ou le gaz peut circuler dans le canal principal avec très peu de résistance. Cela signifie qu'il faut une pression très élevée pour pousser un liquide ou un gaz dans une direction, mais une pression très faible pour le pousser dans l'autre.

Bien que la valve Tesla ne soit pas vraiment une valve unidirectionnelle dans le sens où elle n'arrête pas absolument le flux dans une direction, elle augmente la quantité d'énergie nécessaire pour pousser le flux dans la direction du faible flux de sorte que le flux dans cette direction soit ralenti jusqu'à un filet.

La valve Tesla est bénéfique pour les applications qui nécessitent le moins de pièces mobiles possible, comme la fusée.

Soupape Tesla dans SOLIDWORKS Flow Simulation

Simulation SOLIDWORKS est le logiciel parfait pour démontrer le fonctionnement d'une vanne Tesla car il peut facilement calculer les écoulements laminaires et turbulents et montrer les résultats du champ d'écoulement à travers l'ensemble de l'appareil sans que rien n'obstrue l'écoulement à travers l'appareil.

Comme vous pouvez le voir sur ce tracé de trajectoires d'écoulement sous pression que j'ai créé dans SOLIDWORKS Flow Simulation, l'écoulement s'est déroulé du côté gauche de la vanne Tesla vers le côté droit. L'écoulement veut naturellement se déplacer dans les canaux latéraux, qui font ensuite une boucle et repoussent dans le canal principal, provoquant des tourbillons dans ce dernier. Cela augmente l'énergie nécessaire pour pousser l'eau de gauche à droite. C'est ce qu'on appelle le sens de faible débit de la vanne Tesla.

Graphiques de pression et de fraction massique de l'eau montrant l'eau poussant dans la valve Tesla, déplaçant l'air à travers celle-ci. L'eau coule dans le sens du faible débit.

Dans le sens du faible débit, il faut 1,922 seconde à l'eau pour traverser complètement cette valve Tesla.

Temps qu'il faut à l'eau pour passer d'une extrémité de la valve Tesla à l'autre extrémité dans le sens du faible débit.

Lorsque l'eau coule de droite à gauche sur l'écran, on parle de sens de fort débit, car l'eau ou le gaz qui s'écoule dans cette direction suit un cheminement très facile et ne nécessite pas beaucoup d'énergie ni de pression pour se déplacer dans ce sens. Comme le montre ce graphique des trajectoires d'écoulement, la pression nécessaire pour déplacer l'eau dans le sens de fort débit est inférieure à celle dans le sens de faible débit.

Graphiques de pression et de fraction massique de l'eau illustrant l'eau poussant dans la valve Tesla, déplaçant l'air à travers celle-ci. L'eau coule dans le sens du débit élevé.

Dans le sens du débit élevé, il faut 1,497 seconde à l'eau pour traverser complètement la valve Tesla.

Voici un graphique comparatif généré dans SOLIDWORKS Flow Simulation de la différence de pression entre les directions d'écoulement fort et faible. Comme vous pouvez le constater, l'eau nécessite environ 3 200 Pa de pression pour se déplacer dans la direction d'écoulement faible, mais lorsque l'écoulement est inversé vers la direction d'écoulement fort, il lui faut un peu moins de 1 000 Pa de pression pour parcourir la même distance. Ça représente une différence de plus de 2 000 Pa entre les deux directions.

Différence de pression entre les directions de débit élevé et de débit faible de la vanne Tesla.

Ceci n'est qu'un exemple de la façon dont SOLIDWORKS Flow Simulation peut valider des applications concrètes. Comment peut-il vous aider à optimiser votre application de conception d'écoulement de fluides ou de transfert de chaleur ? Contactez-nous chez GoEngineer pour en savoir plus.

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