一块石头带给你的灵感 #原理动画

更新时间：2024-11-23 09:41  浏览量：40

你家门口有条小河，小河里面有块圆形石头。

每当汛期来临，水流对石头表面的粘性效应会把石头冲跑。

你灵机一动，回家做了实验，把洗车的水枪对着一块轴盘边缘冲击。

由于粘性效应，它就会开始旋转。

你觉得这样还不得劲，转的太慢了。

所以你给它套了个涡壳形状的套筒，现在不往里面冲水，将里面引入蒸汽，蒸汽就会从涡壳的切线方向进入，经过圆盘，然后从涡壳的中心垂直方向排出。

起初如果蒸汽的速度很低，它与圆盘之间的粘性力会非常微弱，圆盘几乎无法转动。

但随着蒸汽速度的提高，粘性力急剧增强，圆盘开始旋转。

你很清楚，这里的关键在于蒸汽粒子为了保持旋转状态，需要向心力来维持。

在相同速度下，越靠近圆心的蒸汽粒子所需的向心力越大。

因此，蒸汽粒子总是趋向于逃离圆心区域。

然而涡壳的出口恰好位于圆心，所以这些蒸汽粒子无法逃脱被排出的命运。

在这个过程中，你发现圆盘的速度越大，蒸汽粒子离圆心的距离越大。

所以你瞬间醍醐灌顶，这种螺旋形状能大大增加蒸汽与圆盘之间的接触面积，从而提高二者之间的粘性力。

到了这一步，你想将其再次优化，所以你引入了读大学时流体力学中一个重要的概念，那就是流动边界层。

这是什么意思？打个比方，在圆盘表面会形成一层固定的蒸汽粒子层，称为固定层。

而上层蒸汽粒子会拖拽固定层，但固定层几乎不动，因此会损耗一部分能量传递给固定层。

这种现象在流体力学中称为粘度。

基于这个原理，你设计了一个惊人的方案，增加圆盘数量至 3 个。

这样一来，每个圆盘表面都会形成边界层，而两个边界层之间的区域则是流体自由流动的空间。

为了提高效率，你又减小了圆盘之间的距离，最大化的缩小了自由流动的空间范围。

这样蒸汽粒子的能量就能够最大化地传递给圆盘。

接着你将其付诸实践，好消息是它的转速非常高，达到了每分钟 35000 转。

坏消息是，圆盘的强度难以承受巨大的离心力，而弯曲变形，所以你不得不将转速调整至 1 万转以下。

到这一步你已经成功发明了无叶片涡轮机，虽然不能代替掉蒸汽机，但是搞成一台效率极高的泵还是没啥大问题的。