特(te)斯拉渦輪機(ji)(ji)的(de)原理是流(liu)體的(de)邊(bian)(bian)界層效(xiao)應(ying)(ying)（boundary layer effect），流(liu)體受黏滯力影響，會在管壁或(huo)者其(qi)它物體邊(bian)(bian)緣形成一層很薄的(de)邊(bian)(bian)界層，在邊(bian)(bian)界層內，固定表(biao)面的(de)流(liu)速(su)為0，離表(biao)面越遠速(su)度越大。利用這個效(xiao)應(ying)(ying)就可(ke)以讓(rang)高速(su)運動(dong)(dong)的(de)液體帶動(dong)(dong)一組圓盤轉動(dong)(dong)。因此它的(de)效(xiao)率比普通的(de)葉片渦輪機(ji)(ji)高得多。
特斯拉(la)渦輪由一組光滑圓盤(pan)(pan)組成，盤(pan)(pan)上有噴(pen)嘴向盤(pan)(pan)邊緣(yuan)持續吹入氣(qi)(qi)流(liu)。這種氣(qi)(qi)流(liu)會由于(yu)流(liu)體(ti)粘度(du)和氣(qi)(qi)體(ti)在表面層的(de)粘滯性而吸附在圓盤(pan)(pan)上。當(dang)氣(qi)(qi)流(liu)速度(du)放慢，同(tong)時給(gei)圓盤(pan)(pan)施(shi)加以能量，氣(qi)(qi)體(ti)會作螺旋向心運(yun)動并(bing)排出。由于(yu)轉子的(de)表面光滑沒(mei)有隆起，這個設計極(ji)其堅固。
特(te)斯(si)拉寫(xie)道：“這(zhe)(zhe)是(shi)一個高效的(de)(de)(de)自(zi)啟動(dong)式原(yuan)動(dong)機（根據原(yuan)文意思，這(zhe)(zhe)里(li)指這(zhe)(zhe)是(shi)一種無需外力就(jiu)可(ke)以(yi)自(zi)行(xing)(xing)啟動(dong)的(de)(de)(de)原(yuan)動(dong)裝置），可(ke)作為蒸汽渦(wo)輪機或混流(liu)式渦(wo)輪機工(gong)作，而無需對其(qi)(qi)(qi)構造(zao)進行(xing)(xing)改(gai)動(dong)，因(yin)此十分方便。只需對原(yuan)有(you)渦(wo)輪機進行(xing)(xing)小幅改(gai)造(zao)，或是(shi)根據原(yuan)有(you)渦(wo)輪機實際情況進行(xing)(xing)修改(gai)，但只要是(shi)遵循以(yi)上（特(te)斯(si)拉渦(wo)輪機的(de)(de)(de)）這(zhe)(zhe)些原(yuan)則(ze)，對于蒸汽設備使用(yong)者來說，其(qi)(qi)(qi)（特(te)斯(si)拉渦(wo)輪機）接駁在其(qi)(qi)(qi)原(yuan)有(you)設備上工(gong)作顯(xian)然是(shi)值得(de)推薦的(de)(de)(de)，可(ke)以(yi)獲得(de)極其(qi)(qi)(qi)可(ke)觀的(de)(de)(de)效益。”
這種(zhong)渦輪機也可以成(cheng)功(gong)地利用(yong)高(gao)真(zhen)空進行(xing)冷凝工作。在這種(zhong)情(qing)況(kuang)下，由于很大的(de)膨脹比，排出的(de)氣體混(hun)合物(wu)具有(you)相對較(jiao)低的(de)溫度，可供(gong)冷凝器(qi)使用(yong)。雖然需要更好的(de)燃料和配(pei)套的(de)特(te)殊泵動裝(zhuang)置，但是(shi)其(qi)最終的(de)經濟效益完全可以平衡當初建設的(de)高(gao)成(cheng)本(ben)。
所有的圓盤(pan)與墊片都通過(guo)一個嵌在邊緣(yuan)的套筒互相咬合，并使用螺(luo)母和套環來將(jiang)那些(xie)邊緣(yuan)厚(hou)的圓盤(pan)固定(ding)在一起，或(huo)者(zhe)，如果需要的話，可以直接在圓盤(pan)上沖(chong)壓套環。
該機的(de)(de)(de)整體構造(zao)允(yun)許每(mei)一片圓盤的(de)(de)(de)單(dan)獨地(di)根據實(shi)際情況，包括熱能和(he)向心(xin)力造(zao)成的(de)(de)(de)各種(zhong)影響進行拓展(zhan)性(xing)或收縮性(xing)改造(zao)，許多(duo)實(shi)際應用說明這樣(yang)做(zuo)可(ke)以(yi)(yi)帶來(lai)很(hen)多(duo)額(e)外(wai)的(de)(de)(de)好處。更多(duo)的(de)(de)(de)圓盤和(he)更多(duo)的(de)(de)(de)能量(liang)(liang)可(ke)以(yi)(yi)創(chuang)造(zao)更高的(de)(de)(de)效率。必(bi)須避免圓盤發(fa)生形變，并將圓盤的(de)(de)(de)側間隙盡量(liang)(liang)做(zuo)小(xiao)，以(yi)(yi)減少(shao)漏(lou)氣和(he)摩(mo)擦(ca)造(zao)成的(de)(de)(de)能量(liang)(liang)損失。轉(zhuan)子也(ye)要盡量(liang)(liang)做(zuo)到完(wan)全(quan)對稱，因為偏心(xin)造(zao)成的(de)(de)(de)滑動摩(mo)擦(ca)會帶來(lai)極大的(de)(de)(de)負(fu)面(mian)影響，并使得(de)渦輪機無法(fa)安靜地(di)運轉(zhuan)。
特斯拉渦輪(lun)(lun)機的(de)設計特點使得它通常由(you)蒸(zheng)汽(qi)和燃(ran)氣燃(ran)燒的(de)混(hun)合(he)物(wu)驅動，排出的(de)廢氣則(ze)可以繼(ji)續提(ti)供可供渦輪(lun)(lun)機工作蒸(zheng)汽(qi)，通過閥門對上(shang)面提(ti)到的(de)循環蒸(zheng)汽(qi)進行調節，使得渦輪(lun)(lun)機的(de)工作溫度和壓力(li)處在(zai)最佳狀態。
如圖1所示，特斯(si)拉(la)渦輪機的構(gou)造必須(xu)做到(dao)：
僅用蒸汽就可啟動，圓(yuan)(yuan)盤可以(yi)在(zai)高(gao)溫(wen)流(liu)體中工作。一個高(gao)效的(de)(de)特(te)斯(si)拉(la)渦輪機(ji)(ji)需要很(hen)小的(de)(de)圓(yuan)(yuan)盤間距。比如，以(yi)蒸汽為(wei)動力的(de)(de)機(ji)(ji)型(xing)必須保(bao)持0.4毫米（0.016英(ying)寸）間盤的(de)(de)間距。圓(yuan)(yuan)盤必須最大(da)限度地光滑，以(yi)將表(biao)面摩擦和剪切損失(shi)降至(zhi)最低。圓(yuan)(yuan)盤也必須最大(da)限度地薄，以(yi)防止在(zai)圓(yuan)(yuan)盤邊緣造成相互吸引和擾流(liu)。不(bu)幸(xing)的(de)(de)是(shi)，防止圓(yuan)(yuan)盤扭曲(qu)和變(bian)形在(zai)特(te)斯(si)拉(la)的(de)(de)時代是(shi)一項重大(da)挑戰(zhan)。據稱，正(zheng)因(yin)為(wei)人們無(wu)力阻止圓(yuan)(yuan)盤的(de)(de)形變(bian)，特(te)斯(si)拉(la)渦輪機(ji)(ji)才走(zou)向商業(ye)上的(de)(de)失(shi)敗，因(yin)為(wei)當時的(de)(de)冶金(jin)技術根本(ben)無(wu)法(fa)生產出具有如此精(jing)度和剛度的(de)(de)圓(yuan)(yuan)盤。
如果一個相似的(de)圓(yuan)盤(pan)和(he)外罩系統具有(you)漸開線的(de)形狀(zhuang)（對比圓(yuan)形的(de)渦輪系統），該設備可以用(yong)作泵(beng)。將一個發動機連接(jie)到(dao)該設備軸上(shang)，流體進入中心附近(jin)，接(jie)收圓(yuan)盤(pan)的(de)能(neng)量，散射到(dao)四周去。特斯(si)拉(la)渦輪不是在利用(yong)摩擦力(li)（雖然通常人(ren)們認為是），確切地說，是在避免摩擦力(li)，并(bing)使用(yong)附著(zhu)力(li)（即附壁(bi)效應(ying)）和(he)粘度代替。它利用(yong)圓(yuan)盤(pan)“葉(xie)片”上(shang)的(de)邊(bian)界層效應(ying)。
原本特斯拉(la)(la)的(de)設想是用光滑的(de)圓(yuan)(yuan)盤，但這樣(yang)會使得啟動轉矩太弱。特斯拉(la)(la)后來發現在直徑10英(ying)寸的(de)光滑的(de)圓(yuan)(yuan)盤轉子圓(yuan)(yuan)周上(shang)12至24處(chu)，以及(ji)半徑處(chu)用6至12個(ge)墊圈連(lian)接起來，能夠顯(xian)著地提高啟動轉矩，而(er)且(qie)不影響效(xiao)率。
特斯拉在專(zhuan)利(li)中宣稱，該裝置是用(yong)(yong)(yong)于使用(yong)(yong)(yong)流體(ti)作為動力介(jie)質(zhi)，以(yi)區別于別的(de)(de)流體(ti)推進和(he)(he)壓(ya)縮(suo)裝置的(de)(de)專(zhuan)利(li)申(shen)請(qing)（雖然該設備(bei)的(de)(de)確可(ke)用(yong)(yong)(yong)于這(zhe)些(xie)用(yong)(yong)(yong)途(tu)）。直(zhi)至2006年，特斯拉渦輪自發(fa)明以(yi)來(lai)還是沒有(you)廣(guang)泛(fan)用(yong)(yong)(yong)于商業(ye)用(yong)(yong)(yong)途(tu)。然而特斯拉泵(beng)自1982年以(yi)來(lai)一直(zhi)市售，用(yong)(yong)(yong)來(lai)輸送(song)具有(you)腐蝕(shi)性，高(gao)(gao)粘度，高(gao)(gao)剪切力敏感(gan)性，含(han)有(you)固(gu)體(ti)，或是其他泵(beng)難以(yi)處理(li)的(de)(de)流體(ti)。特斯拉本人并沒有(you)接到過大宗(zong)生(sheng)產合同。在他那(nei)個時代(dai)的(de)(de)主(zhu)要困擾，如前所述(shu)，是材(cai)(cai)料學知識和(he)(he)對高(gao)(gao)溫材(cai)(cai)料研究的(de)(de)貧(pin)乏。當時最好的(de)(de)冶金(jin)技術仍不能(neng)防止渦輪盤在運(yun)轉中的(de)(de)扭曲和(he)(he)變形。
今天(tian)，在(zai)該領域(yu)的(de)(de)許多業余的(de)(de)實驗已(yi)經在(zai)有意使用(yong)(yong)(yong)以壓縮空氣或(huo)蒸(zheng)汽為動力源的(de)(de)特斯拉渦(wo)(wo)(wo)輪機（蒸(zheng)汽由(you)燃(ran)料燃(ran)燒產生的(de)(de)熱制造(zao)(zao)，通常來(lai)源于(yu)汽車的(de)(de)渦(wo)(wo)(wo)輪增壓器或(huo)太陽(yang)能(neng)輻射(she)）。渦(wo)(wo)(wo)輪圓(yuan)盤的(de)(de)形變問(wen)題已(yi)被部分解決，主要是歸功于(yu)新材料的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)，如使用(yong)(yong)(yong)碳(tan)纖(xian)維(wei)來(lai)制造(zao)(zao)渦(wo)(wo)(wo)輪盤。一個很好的(de)(de)例(li)子是PNGinc公司和國際渦(wo)(wo)(wo)輪與(yu)動力有限(xian)公司都在(zai)他們的(de)(de)特斯拉渦(wo)(wo)(wo)輪設(she)計中用(yong)(yong)(yong)到(dao)了碳(tan)纖(xian)維(wei)材料。
對特斯拉泵(beng)有需求的是作為廢(fei)料泵(beng)。因為工廠(chang)和研磨廠(chang)的普通泵(beng)經常會被廢(fei)料卡住(zhu)。
特斯(si)拉渦輪(lun)的另(ling)一(yi)需(xu)求離心多碟(die)式(shi)血泵的研(yan)究(jiu)已經(jing)取得了(le)可喜的成果。生物(wu)工程科學家將在(zai)21世紀持續對其進(jin)行研(yan)究(jiu)。
在(zai)(zai)(zai)特斯(si)拉的年代(dai)，傳統的渦輪(lun)機(ji)效率(lv)(lv)低，因(yin)為設計(ji)高效率(lv)(lv)效葉(xie)片所需要的空(kong)氣動力(li)學原理不存在(zai)(zai)(zai)，低質量(liang)的材料沒(mei)法(fa)制造出能在(zai)(zai)(zai)極(ji)端速(su)度和(he)溫度下(xia)工作(zuo)的葉(xie)片。一個傳統的渦輪(lun)效率(lv)(lv)取決于其進氣和(he)排氣壓力(li)差，為了(le)達到(dao)更高的壓力(li)差，必須要極(ji)端高溫的蒸汽(qi)，所以(yi)只(zhi)有高溫材料才(cai)能創造高效率(lv)(lv)。如果(guo)渦輪(lun)機(ji)在(zai)(zai)(zai)室(shi)溫下(xia)用液(ye)體工作(zuo)，那么(me)你可以(yi)在(zai)(zai)(zai)排氣口使(shi)用一個冷(leng)凝器來增加壓力(li)差。
特(te)(te)斯(si)拉的(de)(de)(de)(de)設(she)計回避了(le)渦(wo)輪(lun)葉片的(de)(de)(de)(de)主要缺點。它(ta)的(de)(de)(de)(de)確還存在(zai)剪切(qie)流(liu)(liu)動的(de)(de)(de)(de)限制等問題。特(te)(te)斯(si)拉渦(wo)輪(lun)的(de)(de)(de)(de)一(yi)些優(you)點在(zai)于(yu)(yu)適用于(yu)(yu)低流(liu)(liu)速(su)和小(xiao)流(liu)(liu)量(liang)的(de)(de)(de)(de)需(xu)求。為(wei)了(le)不在(zai)流(liu)(liu)體(ti)吹出圓盤邊緣時(shi)(shi)形成(cheng)湍流(liu)(liu)，圓盤要盡可能薄。因此大流(liu)(liu)量(liang)的(de)(de)(de)(de)機(ji)器就需(xu)要更多的(de)(de)(de)(de)圓盤。最高效率(lv)時(shi)(shi)，圓盤之間(jian)的(de)(de)(de)(de)間(jian)距(ju)必須接(jie)近邊界(jie)層的(de)(de)(de)(de)厚度(du)(du)，而(er)且由于(yu)(yu)流(liu)(liu)體(ti)的(de)(de)(de)(de)邊界(jie)層厚度(du)(du)取決于(yu)(yu)其粘度(du)(du)和壓力，流(liu)(liu)體(ti)性質(zhi)不同(tong)，邊界(jie)層厚度(du)(du)也不相同(tong)，所以一(yi)種設(she)計就可用于(yu)(yu)各(ge)種燃料(liao)和液(ye)體(ti)的(de)(de)(de)(de)說法不正確的(de)(de)(de)(de)。特(te)(te)斯(si)拉渦(wo)輪(lun)機(ji)與(yu)傳統渦(wo)輪(lun)機(ji)的(de)(de)(de)(de)區別僅限于(yu)(yu)將能量(liang)從流(liu)(liu)體(ti)轉換到軸上的(de)(de)(de)(de)方式不同(tong)而(er)已。實驗證明特(te)(te)斯(si)拉渦(wo)輪(lun)負(fu)載(zai)(zai)越大效率(lv)越低。負(fu)載(zai)(zai)小(xiao)時(shi)(shi)，流(liu)(liu)體(ti)從進入到排出經歷了(le)很大的(de)(de)(de)(de)旋(xuan)轉，在(zai)大負(fu)載(zai)(zai)下(xia)，這(zhe)(zhe)種旋(xuan)轉數量(liang)下(xia)降并(bing)逐漸變得更短(duan)。這(zhe)(zhe)將增加剪切(qie)損失，也降低了(le)效率(lv)，因為(wei)氣體(ti)與(yu)圓盤的(de)(de)(de)(de)接(jie)觸更少(shao)了(le)。
效率(lv)(lv)是(shi)(shi)描(miao)述輸出(chu)功率(lv)(lv)的。輕載(zai)下高效率(lv)(lv)而(er)重載(zai)下效率(lv)(lv)損失提高并(bing)不只是(shi)(shi)特斯拉渦(wo)輪機的特點。
特(te)斯(si)拉渦(wo)輪(lun)機的(de)(de)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)預(yu)計為60%。請記住(zhu)，水輪(lun)機的(de)(de)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)是從使用(yong)渦(wo)輪(lun)發，最高不超過95%。記住(zhu)渦(wo)輪(lun)的(de)(de)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)和(he)渦(wo)輪(lun)發動機的(de)(de)循環(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)是不同的(de)(de)。軸式渦(wo)輪(lun)機在(zai)(zai)如(ru)今(jin)的(de)(de)蒸汽(qi)(qi)設(she)備中效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)可達(da)60%到(dao)70%（西(xi)門子公(gong)司數據(ju)），而(er)(er)整體設(she)備的(de)(de)循環(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)也就在(zai)(zai)25%到(dao)42%，而(er)(er)且上限無論如(ru)何低(di)于卡諾循環(huan)(huan)(huan)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)。特(te)斯(si)拉聲稱(cheng)，他的(de)(de)一(yi)個蒸汽(qi)(qi)版本的(de)(de)裝置(zhi)將達(da)到(dao)95%左右的(de)(de)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)。西(xi)屋公(gong)司對特(te)斯(si)拉蒸汽(qi)(qi)渦(wo)輪(lun)機的(de)(de)實際測試顯示每輸(shu)出1馬力(li)(li)小時平均需要38磅蒸汽(qi)(qi)，對于渦(wo)輪(lun)來說效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)在(zai)(zai)20%左右，而(er)(er)當(dang)代的(de)(de)蒸汽(qi)(qi)渦(wo)輪(lun)往往可以達(da)到(dao)超過50%效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)。流體推進的(de)(de)理論和(he)技術(shu)以及熱力(li)(li)學的(de)(de)能量(liang)轉換已在(zai)(zai)各(ge)種專利中現身。熱力(li)(li)學效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)是用(yong)來衡量(liang)相比(bi)(bi)等熵的(de)(de)情況之下到(dao)底(di)工作(zuo)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)如(ru)何的(de)(de)，是理想狀(zhuang)態(tai)下輸(shu)入效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)和(he)輸(shu)出效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)比(bi)(bi)值。這可以被視(shi)為是理想狀(zhuang)態(tai)下焓的(de)(de)變化(hua)和(he)壓力(li)(li)變化(hua)的(de)(de)比(bi)(bi)值。
在(zai)20世紀(ji)50年(nian)代，沃(wo)倫賴斯(si)(si)試(shi)圖重新創建特斯(si)(si)拉(la)的(de)(de)實驗，但他(ta)在(zai)早期測試(shi)中沒有嚴格地按(an)照(zhao)特斯(si)(si)拉(la)的(de)(de)專利設計(ji)來制造他(ta)的(de)(de)渦(wo)輪(lun)機（這個機器(qi)既不(bu)是(shi)一(yi)個特斯(si)(si)拉(la)多段式渦(wo)輪(lun)機，也沒有特斯(si)(si)拉(la)設計(ji)的(de)(de)噴嘴）。賴斯(si)(si)的(de)(de)單級實驗系統(tong)的(de)(de)工作(zuo)流(liu)體是(shi)空氣(qi)。早先發布的(de)(de)報告中賴斯(si)(si)的(de)(de)測試(shi)表(biao)明單級渦(wo)輪(lun)的(de)(de)效率(lv)是(shi)36%至41%。他(ta)表(biao)示如果嚴格按(an)照(zhao)特斯(si)(si)拉(la)的(de)(de)設計(ji)來測試(shi)，預計(ji)效率(lv)可能會更高。
在賴斯(si)退休(xiu)之前他完成(cheng)了(le)(le)(le)特(te)斯(si)拉渦輪機最后的(de)(de)(de)測(ce)試(shi)并做了(le)(le)(le)大量的(de)(de)(de)關于多級渦輪的(de)(de)(de)層流數(shu)據分析。他聲明(ming)這個(ge)設計具有極(ji)高(gao)的(de)(de)(de)效率，在1991年出版了(le)(le)(le)題(ti)為“特(te)斯(si)拉的(de)(de)(de)渦輪機”的(de)(de)(de)報告(gao)(gao)，報告(gao)(gao)做了(le)(le)(le)以下陳述：
“隨著(zhu)分析結果正(zheng)確使用(yong)，轉(zhuan)(zhuan)子層流使用(yong)效率是非常高，甚至超過95%。然而，為了實現轉(zhuan)(zhuan)子高效率，流量必須(xu)(xu)盡量小，這意味著(zhu)高效率的代價是必須(xu)(xu)要有足夠多(duo)數(shu)量的渦盤，組成一個體(ti)型(xing)巨大的轉(zhuan)(zhuan)子。“
現代多(duo)級(ji)式有葉渦(wo)輪(lun)機通常(chang)達(da)(da)到(dao)60%-70%的(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)，而在實踐中大型汽輪(lun)發電機組常(chang)常(chang)表現出(chu)90%以上的(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)。在配(pei)合了特斯拉的(de)(de)(de)設(she)計后，一定大小(xiao)的(de)(de)(de)渦(wo)形轉子使用(yong)常(chang)規流體（蒸汽，氣體或水）也(ye)可(ke)以達(da)(da)到(dao)預想的(de)(de)(de)60%至70%的(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)以及更(geng)高。
歲月靜好
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