"Öneri" Krep yayan herkes, akışkanlar mekaniği konusunda gizli bir uzmandır
Yuvarlak şekilli, tek tip kalınlığa sahip ve deliksiz her bir krep, üreticinin hamurun akışkan mekaniğini derinlemesine kavrayışını somutlaştırır. Son zamanlarda, iki fizikçi matematiksel modelleme yoluyla iyi bir krep yaymanın bir yolunu buldu ve bu bulguları kağıda yazdı.
Krep meyvesi birçok Çinlinin en sevdiği tatlıdır ve Fransızlar da "Fransız gözleme" kreplerini severler. İnsanlar damak tadına göre krep vermeye istekli Artı Çeşitli zengin malzemeler, ancak lezzetli kreplerin ortak bir özelliği olmalıdır: Kalınlık tekdüze, sıcaklık doğru ve delik yok.
söylemesi kolay yapması zor. Alt katta kahvaltı satan ve iki dakika içinde güzel bir pasta dağıtan teyzeye bakmayın, eğer kendiniz yaparsanız, muhtemelen anlarsınız-neden yuvarlak değil? Neden burası bu kadar kalın? Ters çevirdikten sonra nasıl oldu da kırıldı?
Mükemmel krepleri yapmak için Fransa'daki École Polytechnique'den Edouard Boujo ve Yeni Zelanda'daki Canterbury Üniversitesi'nden Mathieu Sellier çalıştı. Sonunda anlamını buldu ve Physical Review Fluids'de bir makale yayınladı.
01
Krepleri yaymak ne kadar zor?
Krep yayma yöntemi kolayca iki ana okula ayrılabilir: meyilliyi hızlı bir şekilde uzaklaştırmak için cımbız gibi bir alet kullanın veya hamuru kendi kendine yaymak için bir tava çevirin. Belki de profesyonel olmayanların çoğu için işleri kolaylaştırmak için, iki fizikçi ikinci yönteme odaklandı.
Krepleri yaymak için cımbız kullanın. Bu yöntem sokak tezgahlarında yaygındır. Görüntü Kaynağı: Pixabay
İster krep ister Çin krepleri olsun, ısıtma işlemi sırasında önemli bir değişiklik meydana gelir: Isınma ile nem kaybedilir ve hamurun viskozitesinin kademeli olarak artmasına neden olur. Pek çok insan, hamur henüz pişirildiğinde zamanla düzleştirilmezse, çabuk katılaşacağını ve artık düzleşmeyeceğini; ancak, hamur çok hızlı hareket ettirilirse işe yaramayacağını ve pastayı kolayca kıracağını keşfetmiş olabilir.
Eşit kalınlıkta yuvarlak bir pankek yaymak sadece "his" olabilir mi?
02
Bir turta bilimsel olarak nasıl yayılır
Görüntü Kaynağı: Pixabay
Akışkanlar mekaniği alanındaki bilim adamları olarak Celer ve Banjo, bu fiziksel özellik ile başlamaya kararlıdır. Hesaplamak için matematiksel modelleme kullanın , Oluşan krep ile ısıtılmış kapta hala akan kalan sulu hamur arasındaki etkileşimin simülasyonu. Bu karmaşık ve sıkıcı bir iştir, ancak aynı zamanda elle deney yapmaktan çok zaman ve çaba tasarrufu sağlar. Daha da önemlisi, bu her değişkeni ve detayı kesinlikle izleyebilir.
İki yöntem denediler, Birincisi, hamurun yüzey hareketini parametreleştirilmiş bir harmonik denklem kullanarak tanımlamak ve "şiddetli bir şekilde çözmek" için Monte Carlo yöntemini kullanmaktır. , Parametrelerin optimum kombinasyonunu bulmak için. Burada dikkate alınması gereken on parametre vardır, sulu hamur viskozitesi, yoğunluğu, potun eğim açısı, yarıçapı, hamurun başlangıç kalınlığı vb.
Kreplerin matematiksel modellemesi. Şekilde gösterildiği gibi, yukarıdan aşağıya, soldan sağa, meyilli t = 0'dan t = 7t, t = 4.29 s'ye değişir. Sağdaki renk gradyanı hamurun kalınlığını temsil eder, koyu mavi kısım en ince kısımdır ve açık mavi ila kırmızı kısım daha kalın hale gelir. Şekildeki okun yönü, her andaki yerçekimi yönünü temsil etmektedir. Görüntü Kaynağı: Boujo ve Sellier, Fizik Rev. Fluids, 2019
Bilgisayar, ayarlanan parametreler dahilinde birçok hesaplama yaptı, sayısız sanal krep yaydı ve sonunda hamurun tekdüzeliğini iyileştirmenin bir yolunu buldu. Parametrelerin kontrol edilmediği durumla karşılaştırıldığında (gerçekte yaptıkları kahvaltıya atıfta bulunabilir), bu yöntem Kreplerin homojenliğini yaklaşık% 40 artırabilir . Arkasındaki büyük hesaplama çalışması düşünüldüğünde, bu yöntem gerçekten uygun maliyetli değildir.
Bu yüzden başka bir yöntem denediler. Bu denir Optimizasyonlu matematiksel algoritma : Amaç işlevi olarak hamurun son şeklini alın ve meyilli için bir eylem uygulayın Güç Ortaya çıkan hareket, kısıtlamalar sağlamak için bir dizi kısmi diferansiyel denklem olarak tanımlanır Bu temelde, hedef fonksiyon, meyilli muntazam ve düz hale getirmek için en uygun yolu ve yöntemi bulmak için optimize edilir.
Bu durumda, Monte Carlo yöntemini aşan optimizasyon algoritması ile daha az hesaplama ile daha büyük bir performans artışı sağlar. Bu algoritmanın yardımıyla Celer ve Banjo, mobil bir kapta değişen viskoziteye sahip bir hamurun akış ve şekillendirme özelliklerini elde etti. Birçok ayarlama ve simülasyondan sonra, sonunda krep yapmanın en iyi yolunu buldular. Pastanın homojenliğini% 83 oranında artırabilir.
Şekilde gösterildiği gibi, şekil (a) kontrolsüz kontrol grubudur, şekil (b) harmonik optimizasyon-Monte Carlo yöntemi ile elde edilen sonuçtur ve (c) ve (d) şekilleri eş optimizasyon algoritması ile elde edilen sonuçlardır. Hız kontrol parametreleri farklıdır. Resim (a) 'dan resim (d)' ye, krepler giderek daha tekdüze hale geliyor. Görüntü Kaynağı: Boujo ve Sellier, Fizik Rev. Fluids, 2019
03
Kreplerin nihai anlamı
Sonuç olarak, kontrol dışı grubun nihai sonuçlarını, koordinasyon denklemi-Monte Carlo çözümünü ve beraberindeki optimizasyon çözümünü tam olarak karşılaştırdıktan sonra, araştırmacılar krepleri yaymak için pratik bir yöntem buldular:
Bir seferde bir parça keki tavaya yaymak için gereken hamuru dökün ve ardından tavayı belirli bir açıyla hızla yatırın; hamur, tavanın kenarına akacaktır ve ardından Tencereyi saat yönünde veya saat yönünün tersine bir ila iki kez çevirin , Böylece katılaşmamış hamur doğal olarak akar ve şekillenir.
Tamamlayıcı optimizasyon algoritmasına göre, Meyilli yavaş yavaş ısıtıldıkça ve katılaştıkça, tavanın eğim açısı kademeli olarak azaltılmalı ve dönüş hızı da yavaşlatılmalıdır. . İdeal bir durumda, eğim açısı sıfıra düşürüldüğünde, yani, tava yatay konumda olduğunda, meyilli, tavanın tabanını tamamen kaplamaktadır.
farkında olmak zorunda, Tencereyi daima aynı yöne çevirin , Dönüş sırasında asla yönü değiştirmeyin.
Bu yöntemin harika bir adı var: Yerçekimi ile çalışan sıvı membranın optimum kontrolü . Bu teknoloji sadece kahvaltı için kullanılamaz, aynı zamanda çikolata imalatına, kaplama teknolojisine ve elastik kabuk imalatına da uygulanabilir ve elastik kabuğun havacılık, gemi yapımı ve diğer yönlerden önemli uygulamaları vardır. İyi bir kahvaltı arayışının mühendislik teknolojisinde küçük ilerlemeleri de teşvik edebileceğini kim düşünebilirdi?
Kaynak: Araştırma Grubu ( İD: keyanquan), yazar: Helena, editör: Qi Yiyin
Bu sayının editörleri: Hu Chengyuan, Shi Lei
