首页/文章/ 详情

为何烤红薯比蒸红薯更受欢迎?从流体力学角度聊一聊

13天前浏览1781

寒冷的冬日,街头巷尾弥漫着一股诱人的香气,那便是热乎乎、香喷喷、甜蜜蜜的烤红薯。简单的小吃,成为了冬日街头的温暖与美好。谁能拒绝一份冬日烤红薯的诱惑?

在美食的世界里,烤红薯和蒸红薯是两种截然不同的烹饪方式,它们带来的风味体验也各有千秋。然而,为何许多人觉得烤红薯比蒸红薯更加美味?流体力学,这门研究流体(如气体和液体)行为的科学,为我们提供了一个独特的视角来分析这个问题。

          


 

热传递方式的差异  

首先,我们需要了解烤和蒸这两种烹饪方式在热传递上的差异。烤红薯主要依赖于热辐射和对流,而蒸红薯则主要依靠传导。在烤制过程中,热能通过热辐射直接传递给红薯的外表面,然后通过传导传递到红薯内部。这种热传递方式使得红薯表面的温度迅速升高,形成了一个温度梯度,促进了红薯内部水分的蒸发。    

          


 

特有的焦糖化反应  

烤红薯的过程中,最显著的化学变化就是焦糖化反应。当红薯在高温下烘烤时,其内部的糖分会经历一系列复杂的化学反应,形成焦糖。这一过程不仅赋予了红薯深褐色的外观,还产生了特有的香气和风味。焦糖化反应的产物包括了一系列的醛、酮和其他小分子化合物,这些物质共同作用,让烤红薯的味道层次更加丰富。    

            


 

增加风味的梅纳反应  

除了焦糖化,烤红薯的美味还得益于梅纳反应。这是一种在氨基酸和还原糖之间发生的化学反应,常见于食品加热过程中。在烤红薯的高温环境中,红薯中的氨基酸与糖分相互作用,生成了一系列具有浓郁香气的化合物,如吡嗪、噻吩和硫化物等。这些物质为烤红薯增添了独特的风味,使其比蒸红薯更具吸引力。    

 

          


 

对流与风味物质的分布  

在烤红薯的过程中,烤箱内的空气对流起到了关键作用。对流不仅帮助热能均匀分布,还促进了红薯内部水分的蒸发和挥发性风味物质的传递。在烘烤过程中,红薯中的一些化学成分会挥发出来,形成多种香气分子。这些分子包括了酯类、醇类和酚类化合物,它们在空气中传播,为烤红薯带来了诱人的香气。相比之下,蒸红薯的香气分子在水蒸气的环境中不易挥发,因此其香气不如烤红薯浓郁。    

          


 

表面水分蒸发与口感  

烤红薯的另一个特点是其表面水分的蒸发。在高温下,红薯表面的水分迅速蒸发,形成了一层干燥的外皮。这层外皮不仅锁住了红薯内部的水分,还增加了红薯的口感层次。红薯中的淀粉在加热过程中会发生糊化,即淀粉颗粒吸水膨胀并破裂,形成均匀的糊状物质。在烤制过程中,由于温度较高,淀粉糊化更加彻底,同时部分淀粉分子分解成糖类,使得烤红薯的口感更加软糯香甜。相比之下,蒸红薯由于处于高湿度的环境中,其表面水分蒸发较少,淀粉糊化程度相对较低,缺乏烤红薯特有的外酥里嫩的口感。    

          


 

压力差与蒸汽的渗透  

在蒸红薯的过程中,蒸汽的压力对红薯的口感和风味也有一定影响。蒸汽的压力差使得水分能够渗透到红薯的组织中,这可能导致红薯内部结构的软化,影响其口感。而在烤红薯的过程中,由于没有额外的蒸汽压力,红薯内部的水分主要通过自然蒸发的方式流失,这有助于保持红薯的结构和口感。    

          

从流体力学的角度来看,烤红薯和蒸红薯之间的风味差异可以归因于热传递方式、化学反应、对流、表面水分蒸发以及压力差等因素的综合作用。烤红薯通过热辐射和对流实现了更有效的风味物质传递和口感形成,而蒸红薯则由于缺乏这些条件,其风味和口感相对较弱。

 

来源:CFD饭圈
FluentCFX燃烧化学Polyflow理论科普ParaViewParticleWorks
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-11-09
最近编辑:13天前
CFD饭圈
硕士 分享CFD文章,感谢关注
获赞 27粉丝 27文章 5课程 0
点赞
收藏
作者推荐

MIT和波音的年度综述:CFD在航空航天的技术现状

这篇综述是关于航空航天计算流体动力学(CFD)技术的综述,由Mori Mani和Andrew J. Dorgan撰写。在过去几十年中,计算流体动力学(CFD)在航空航天工业中被越来越多地用于新飞机和衍生机型的设计和研究。在这篇综述中,作者调查了CFD应用流程并指出了它在工业日常工作中的位置和重要性。此外,讨论了几何形状的核心地位以及湍流模型、高阶数值算法、基于输出的网格适应和数值设计优化的重要性。在每个领域都指出了挑战,并提出了具体的建议。综述最后展望了一个未来,其中通过分析进行认证和基于模型的设计成为标准实践,并提醒了引领行业走向那里所必需的步骤。 1 一、CFD在航空航天工业中的重要性 讨论了CFD在飞机设计和分析中的关键作用,如减少设计返工、确保飞机满足目标和安全标准。举例说明了波音777和787飞机如何从CFD技术中受益,以及CFD如何成为风洞测试的补充工具,如下: 1-波音777飞机设计初期应用CFD:波音777是波音公司第一款从设计初期就开始应用CFD技术的飞机。由于没有传统设计的约束,777的设计充分利用了CFD技术,特别是在多点逆优化方面,以定义详细的表面压力并达到理想的配置。 翼身整流设计:CFD技术帮助设计了翼身整流、后体形状和环境控制系统进气口和排气口,这些设计对于提高飞机性能和降低阻力至关重要。减少风洞测试:通过在数字环境中进行优化和初步特征化,CFD技术减少了对风洞测试的需求,从而节省了时间和成本。 2-波音787飞机广泛应用CFD技术:到了波音787的设计阶段,CFD技术已经足够成熟,可以应用于飞机设计的更广泛领域。下图突出显示了CFD对波音787设计的贡献,包括机舱噪声、进气道设计、区域噪声、稳定性和控制设计等多个方面。 多学科优化:CFD技术的应用不仅限于单一领域,而是跨越多个学科,为飞机设计的各个方面提供了优化方案。 3-CFD作为风洞测试的补充工具预测飞行动力学:CFD和风洞测试都旨在准确模拟航空航天器的飞行动力学。CFD可以快速从几何形状预测力和力矩,而风洞测试则需要较长时间来设计和制造风洞模型。 互补方法:尽管CFD在某些情况下可以与风洞测试相媲美,但两者在可预见的未来都不会被对方取代。风洞测试不受网格分辨率和物理建模潜在不足的影响,但它在直接预测飞行方面存在局限性,例如无法提供全飞行雷诺数的数据。校正风洞数据:风洞测试中,由于模型可能需要安装支撑/安装系统,可能会扭曲几何形状,或者由于支撑系统的干扰而破坏几何形状上的气流。风洞测试部分墙壁的存在导致与飞行中无 界域不同的流场。今天,这些效应的校正部分或全部使用CFD生成,进一步说明了这两种技术所扮演的互补角色。数字设计与模型基础工程:CFD技术的发展使得数字设计成为可能,减少了风洞测试活动,节省了项目级的时间表和成本。现在,项目团队带着意图去风洞验证整个配置,而这个配置首先是数字化设计的,然后通过CFD进行优化和初步特征化。 2二、下一代CFD技术 01验证和确认(V&V) 强调了CFD工具的验证和确认(Verification and Validation,V&V)过程对于确保工具可靠性和有效性的重要性。Verification验证是指确认数值算法是否按预期实现的过程,包括代码审查和基准测试,以确保CFD模型的实现正确无误。Validation确认则关注模型是否能准确复 制现实世界的观测,涉及将CFD预测与风洞和飞行测试数据进行比较,以及评估不同网格分辨率对预测的影响。现代V&V过程更加注重数据的不确定性评估,包括实验数据和CFD预测的不确定性。文献提到,为了使CFD数据能够替代其他数据源,必须在真实配置上进行V&V演示,而不仅仅是在标准案例上。此外,高质量的多学科验证数据对于实现基于分析的认证(CbA)至关重要。因此,V&V不仅是CFD技术发展的关键步骤,也是实现CbA和提高CFD在设计、分析和认证中应用信心的基础。 对于确保CFD工具的可靠性,工业界采取了以下措施:严格的V&V流程、过程自动化、模块化流程、文档化和持续的投资和研究。 02几何挑战探讨在CFD模拟中几何输入对于模拟结果准确性的根本性影响,强调了几何输入是影响CFD模拟的最基本因素之一,并指出在处理具有复杂几何形状的航空航天器时,如何准确表示和处理这些几何形状是一个重大挑战,因为这不仅关系到网格生成的复杂性和计算效率,还直接影响到模拟结果的可靠性和精确度。 03网格适应性讨论了网格适应性技术的进步,这种技术通过根据流场的特征动态调整网格密度,优化了计算资源的分配,从而在保持计算效率的同时提高了CFD解决方案的准 确性。通过自动细化网格以捕捉流场中的关键特征,如激波、边界层和流离区,网格适应性技术使得CFD模拟能够更精确地预测流动特性,尤其是在复杂流动和几何形状的情况下,这对于航空航天设计和分析至关重要。 04离散化探讨了有限体积法因其在保守性质和处理离散化方程方面的优势而在航空航天工业CFD应用中的主导地位,并讨论了向更高阶精度算法发展的可能性,这些高阶算法旨在通过更精确的插值和积分方法,在保持或提高计算效率的同时减少网格数量,从而提高CFD模拟的准确性和效率,尽管实现这些优势还面临着包括网格生成、鲁棒性、内存使用和激波捕捉等方面的挑战。 05湍流模型深入讨论了在CFD模拟中处理湍流效应的多种方法,特别关注了雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)模型和混合RANS/大涡模拟(LES)模型,稳态和瞬态仿真。RANS模型因其在工业中的应用广泛而被广泛探讨,尤其是在处理附着流和小分离流时的有效性,同时也指出了其在处理大分离流时的局限性。此外,文献还探讨了混合RANS/LES模型,这种模型结合了RANS模型的效率和LES模型对大尺度湍流结构的捕捉能力,尽管这些混合模型在处理近壁区域和网格分辨率方面仍存在挑战。这些讨论突出了在航空航天领域中对湍流模型进行持续研究和改进的重要性。 3三、挑战和展望 CFD技术已成为航空航天工业中不可或缺的成熟技术,它在飞机的数字化设计和模型基础工程中发挥着关键作用。尽管CFD取得了显著成就,但仍面临诸多挑战,包括验证和确认(V&V)的持续需求、网格适应性技术的发展、离散化方法的改进以及湍流模型的精确性提升。作者呼吁对这些领域进行持续投资和研究,以确保CFD工具的可靠性,并预测随着高性能计算(HPC)资源的进步,CFD将在设计和认证过程中发挥更加革命性的作用。同时,指出了在数据网格生成、后处理、数据分析和存档方面的潜在瓶颈,需要与HPC资源的提升相匹配的进步。 来源:CFD饭圈

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈