尼古拉·特斯拉發(fā)明的無葉片渦輪機也叫特斯拉渦輪機，屬于是尼古拉·特斯拉最驚艷的發(fā)明之一，相比于正統(tǒng)蒸汽渦輪機復雜的幾何結(jié)構(gòu)，特斯拉渦輪機的結(jié)構(gòu)可以說簡單至極。

特斯拉聲稱這款渦輪機的可輸出效率甚至可以達到恐怖的97%，這可是至今都難以達到的輸出功率。

接下來我們就共同地探究一下無葉片渦輪機是什么。

首先來了解一個簡單例子，一顆在河流中的鵝卵石在流動的水流中會發(fā)生縱向偏移，其中的原因除了牛頓的三大定律以外，還有一個至關(guān)重要的因素，那就是流體對固體表面的粘連效應。此時水在鵝卵石表面就開始形成粘性力，綜合下來，鵝卵石才能得以移動，這種現(xiàn)象一般發(fā)生得比較緩慢，肉眼很難目睹鵝卵石移動的過程。

根據(jù)這個再簡單不過的日?，F(xiàn)象，尼古拉·特斯拉突發(fā)靈感，他把水流從圓盤切線方向注入，由于粘性效應，圓盤開始發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這就是特斯拉渦輪機的最初雛形。后來為了強化蒸汽機，尼古拉特斯拉給這個圓盤裝了一個蝸殼形狀的套筒，這時流體的進口處于渦殼的弧線方向，出口位于蝸殼的中心的垂直方向。

假設(shè)此時引入一股略高于大氣壓的蒸汽，以非常低的速度進入進口，它的路徑又會是怎樣的一般情景？這里我得告訴大家，因為蒸汽的流速非常低，在同等環(huán)境下它的流速還低于水流。這時蒸汽和圓盤之間的粘性力將會變得非常微弱，小到圓盤甚至不能轉(zhuǎn)動起來，動能將變得相當薄弱。

而蝸殼的出口是和外界連通的，所以在微小的壓力差下，這股蒸汽將會徑直流向中心，最終排入殼體。就如現(xiàn)在這樣適當?shù)匕颜羝牧魉偬岣撸纯礈u輪機是否會運轉(zhuǎn)起來？由于蒸汽的速度提高不少，蒸汽與圓盤之間的粘性也就急劇飆升，在這種力量的作用下，圓盤開始旋轉(zhuǎn)起來。這里值得注意的是，蒸汽粒子為了保持旋轉(zhuǎn)的運動狀態(tài)，必須還存在著一種力來維持，它就是向心力。

向心力這是什么力？我們都知道，在相同速度的情況下，越是靠近圓心的蒸汽粒子所需的向心力就越大。因此，旋轉(zhuǎn)的蒸汽粒子會趨向于逃逸圓心區(qū)域。

然而蝸殼的出口就在圓心，所以這些蒸汽粒子無論怎么努力都逃脫不了被圓心吞噬的命運。話說回來，圓盤始終保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，這些蒸汽粒子的運動路徑將會被彎曲，如果將蒸汽粒子比擬為兩個位置的粒子半徑，很顯然右邊的肯定會大于左邊。如果再次將蒸汽的流速增加，呈現(xiàn)在我們眼前的蒸汽粒子的曲率也會進一步增加，最終形成一種螺旋形狀。就像這樣下去，如果不斷釋放大量的蒸汽到多個圓盤，在不同速度圓盤下去比較相同的蒸汽粒子時，我們思路會瞬間清晰起來，圓盤的速度越大，蒸汽粒子離圓心的距離也就會變得越大。

這種現(xiàn)象可以說是因禍得福，因為這種螺旋形狀能大大增加蒸汽與圓盤之間的接觸面積，從而提高二者之間的粘性力，其實我們也可以換個說法，圓盤轉(zhuǎn)動越快，它從蒸汽中攝取的能量也就會越高。也就是說，特斯拉渦輪，想要保持驚人的動力效率，其轉(zhuǎn)速必須保持在一個超高水準上。

尼古拉·特斯拉為了進一步改進它的渦輪機，后來引入了一個全新概念，那就是“流體的邊界層”。如果把蒸汽粒子比作一群蜜蜂附著在圓盤表面上，可以稱這一層為固定層，上一層的蜜蜂總是沿著流動方向使勁地拖拽固定層，如果這些在數(shù)量上處于劣勢，它們就算使出渾身解數(shù)仍然無法拽動固定層，所以它們在這里會損耗一部分能量會傳遞給固定層。同樣的道理，上面的諸多層也會發(fā)生類似的一幕。

像這種流體粒子抵抗其他粒子流動的趨勢下，在流體力學里稱之為黏度。這個梯度表很直觀地體現(xiàn)出了粒子速度的變化，而在流體內(nèi)部存在著這種速度變化的區(qū)域，我們就稱之為邊界層。很明顯，在邊界層的區(qū)域內(nèi)，一個流體層對相鄰的層產(chǎn)生了更多的拖拽力，其本質(zhì)原因是這兩層之間產(chǎn)生了。然而在邊界層外面，層與層之間不會發(fā)生相對運動，因此就沒有任何拖拽力的存在。

根據(jù)這個原理，尼古拉·特斯拉又提出了一個驚人的設(shè)計，他把圓盤數(shù)量增加至三個。現(xiàn)在再來觀察一下內(nèi)部的流動現(xiàn)象。正如之前所說，每個圓盤的表面都會形成邊界層，這個區(qū)域內(nèi)部的粒子總是會嘗試拖拽固定層，然而這里面還存在著兩片自由的空間，也就是兩個邊界層之間的區(qū)域。

在這里面，流體會自由流動，沒有任何速度梯度。也可以這樣講，這些自由流動的粒子不會將任何能量傳遞給圓盤。而圓盤需要的是什么呢？提高效率？如何提高？那么在諸多問題下唯一能做的就是減小圓盤與圓盤之間的距離，也就是最大化地縮小自由流動的空間范圍。當然那些不受約束的蒸汽粒子已經(jīng)被拋棄了，圓盤之間絕大部分被邊界層填充，此刻的蒸汽粒子的能量就會變成最大化傳遞給圓盤。經(jīng)過反復計算，尼古拉·特斯拉發(fā)現(xiàn)這個間距的理想值為0.4毫米。

為了使圓盤進一步提高效率，尼古拉·特斯拉再次增加了多個平行圓盤。根據(jù)多種資料顯示，特斯拉渦輪機的模型的直徑大小至少為六英寸（15.24CM）。就在尼古拉·特斯拉認為自己最得意的發(fā)明即將問世時，意想不到的一幕發(fā)生了，原型機的轉(zhuǎn)速非常高，甚至達到了恐怖的每分鐘三萬五千轉(zhuǎn)左右。

為此尼古拉·特斯拉從未想過這個渦輪機轉(zhuǎn)速居然可以飆到這個高度，以至于圓盤的強度都難以承受巨大的離心力，最終導致材料彎曲發(fā)生形變。而且在當時尼古拉·特斯拉也找不到任何材料能承受如此高的轉(zhuǎn)速，所以在迫不得已的情況下將轉(zhuǎn)速調(diào)整到了一萬轉(zhuǎn)以下。不過這也意味著尼古拉·特斯拉最引以為傲的發(fā)明就此宣告失敗。

最后一個問題，既然特斯拉渦輪機結(jié)構(gòu)如此簡單，那么為何現(xiàn)代各類發(fā)電領(lǐng)域沒有看見他的身影呢？

很簡單現(xiàn)在的蒸汽輪機的工作效率已經(jīng)超過了90%，穩(wěn)打穩(wěn)算轉(zhuǎn)速堪比特斯拉渦輪機也不為過。前面講了圓盤轉(zhuǎn)速越快，特斯拉渦輪機的工作效率越高。

如果想要超過現(xiàn)在蒸汽輪機的效率，其轉(zhuǎn)速很有可能要接近五萬轉(zhuǎn)，如果想要引入到商業(yè)化運營，圓盤的直徑更是要達到三米以上，相當于這兩個數(shù)值就已經(jīng)把如今的材料踩在了腳下。另一方面，那就是轉(zhuǎn)子葉尖的速度，現(xiàn)在蒸汽輪機轉(zhuǎn)子葉尖的速度最高達到了1.8馬赫及1.8倍音速，如果放在特斯拉渦輪機上，這個速度馬上要飆升至13馬赫，很顯然以如今人類的科學技術(shù)來而言，這是不可能做到的。

最后雖說特斯拉渦輪機被尼古拉·特斯拉宣告失敗，但在現(xiàn)代還是有很多實際應用，比如特斯拉渦輪機本身是可逆的，如果我們把轉(zhuǎn)子提供能量，搖身一變成為一臺效率極高的泵。

再比如我們知道了斯拉渦輪機的工作原理是基于流體的粘性效應，因此它很適合那些高黏度應用平臺，就像廢水處理、石油冶金、新式輔助泵等。如果材料學發(fā)生飛躍式的進步，特斯拉渦輪機說不定就可以取代如今笨重復雜的蒸汽輪機。