微波复热食物过程中多相流与蒸汽动力学的可视化

《Journal of Food Engineering》：Visualizing Multiphase Flow and Vapor Dynamics During Microwave Reheating of Food

　　

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  在水合熟鸡孔隙尺度的蒸汽爆炸在家庭微波炉中进行分析。
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  强烈的内部热不均匀性被量化为导致不安全和加热不均匀的关键驱动因素。
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  采用固态发生器控制（cGEN）来调节腔体内的电磁场模式。
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  无量纲分析揭示了微波驱动沸腾过程中的粘性和惯性力平衡。
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  基于机制和cGEN的见解为优化微波炉性能提供了物理学基础。

章节摘要

引言

微波炉是无处不在的家庭电器（Myllyntaus, 2010）；然而，加热食物内部触发的流体力学过程在孔隙尺度上仍然出人意料地未被充分探索（Mathijssen等, 2023; Din?ov等, 2004; Erdogdu等, 2022）。从日常经验来看，富含水分的食物和液体的微波加热可能导致突然的"爆炸"，热材料被猛烈地从样本中喷出。这些沸腾现象强烈影响加热均匀性，

材料与方法

在本节中，我们描述了用于解析微波加热期间单个孔隙尺度沸腾事件的家用微波炉、食物样品和测量技术。我们特别强调了操作条件、成像配置和数据处理的步骤，以确保可重复的热力学和流体力学测量。

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  微波炉及操作条件

在本研究中，我们使用标准的家用台面微波炉作为主要实验装置

几何重建与微观结构

为了解释在我们厨房规模实验中捕获的瞬态孔隙爆炸动力学（图2），并映射底层的微尺度输运场，必须将高度不规则和异质的样品转换为预测性的多相数字域。这种空间离散化需要一个非接触几何处理流程，以准确桥接宏观组织边界与孔隙尺度成分排列。

在下面的小节中，我们概述了多视图摄影测量

控制方程与数值实现

为了解释观察到的蒸汽爆炸和表面飞溅现象，我们利用重建的鸡肉样品三维几何形状，求解了完全耦合的电磁-热-颗粒-多孔弹性模型。该模型将扭转波导腔内的旋转场微波功率沉积与局部温度上升、非平衡蒸汽生成、颗粒温度驱动的脂质迁移与渗透率崩溃，以及最终的孔隙压力积累与

孔隙爆炸动力学与涡旋蒸汽流

第4节开发的耦合电磁-热-多孔弹性框架现被应用于重建导致宏观基体破裂并向涡旋湍流蒸汽流转变的完整事件时间序列。我们首先使用基于cGAN的摄影测量流程将模型与实验观察到的形态变形进行验证（第5.1节），随后考察微观结构脂质聚集如何驱动渗透率阻塞与蒸汽滞留（第5.2节），

结论

本研究结合了厨房规模的高速光学诊断、荧光光纤温度测量、摄影测量重建以及耦合孔隙尺度多相模拟，研究了将熟鸡视为耗散可变形多孔介质时微波诱导的蒸汽排放与爆炸性变形现象。光学测量解析了宏观样品位移与液-汽喷射，而非金属光纤测量提供了直接的温度

未引用参考文献

Meng等, 2023; Teixeira等, 2023; Yakovlev和Shestakov, 2004。

利益冲突

作者无利益冲突需要披露。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本论文所报告的工作。

Piroz Zamankhan