Comsol粽子加热模拟

       粽子，由粽叶包裹糯米蒸制而成的食品，是中国传统节庆食物之一。粽子作为中国历史文化积淀最深厚的传统食品之一，传播亦甚远。端午食粽的风俗，千百年来，在中国盛行不衰，甚至流传到东亚诸国。粽，即粽籺，主要材料是糯米、馅料，用箬叶（或柊叶、簕古子叶等）包裹而成，形状多样，主要有尖角状、四角状等。粽子由来久远，最初是用来祭祀祖先神灵的贡品。南北叫法不同，北方产黍，用黍米做粽，角状，古时候在北方称“角黍”。从口味上分，粽子有咸粽和甜粽两大类。由于各地饮食习惯的不同，粽子形成了南北风味；从馅料看，北方有包小枣的北京枣粽；南方则有绿豆、五花肉、豆沙、八宝、火腿、冬菇、蛋黄等多种馅料，其中以广东咸肉粽、浙江嘉兴粽子为代表。

       粽子文化是中国传统文化的重要组成部分，起源与端午节紧密相关，主要目的是为了纪念伟大的爱国诗人屈原。粽子最初的形式是简粽，即用竹筒装米投入江中，以防止鱼虾蚕食屈原的遗体。随着时间的推移，粽子的形式和内容逐渐丰富，成为端午节不可或缺的传统食物。粽子不仅是一种美食，还承载着丰富的文化内涵和美好的寓意，如“粽”与“中”的谐音，寓意着科举考试中的高中，以及通过赠送粽子来表达爱意等。粽子的制作材料和形状因地域而异，形成了南北风味，如北方的甜粽和南方的咸粽，展现了中国饮食文化的多样性。

       粽子的吉祥寓意承载了中国人民的智慧结晶和历史文化底蕴，它所代表的五谷丰登、团圆美满等寓意体现了人们对和谐、幸福生活的向往。通过传承和弘扬粽子的传统文化我们可以更好地理解中国的历史和文化底蕴并将这种传统文化传递给下一代人同时随着现代生活的发展粽子已经成为了一种美食享受和文化交流的载体它将继续在人们的生活中发挥着重要的作用。

图1. 肉包粽子

        根据超市购买的粽子绘制Comsol三维模型，具体简化模型如图2所示。计算过程需设置粽子材料的导热系数、比热容和密度，为了结果的准确性，以上参数均从相关论文资料以及现有实验数据中获得，如图3所示。

图2. 物理模型

图3. 材料参数

     计算模型选择传热场进行建模，粽子底部加载3W的热功率加热，粽子和水蒸气进行对流换热，水蒸气换热系数为150W/(m2·K)，粽子周围水蒸气温度随着时间变化而变化，详细物理场边界条件和水蒸气温度随时间变化曲线如图4所示。

图4. 物理场边界条件

图5. 计算网格质量分布

    计算模型采用瞬态全耦合求解器进行求解，设置步长为range函数，步长为5s，总时间为20min,通过计算得到不同时刻粽子内部温度分布如下所示。

图6.加热1min时粽子温度场分布

图7. 加热5min时粽子温度场分布

图8. 加热20min时粽子温度场分布

图9.加热20min时粽子等温线分布