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  • 电子科技大学:解决微波炉中液体加热,不同于其他方式的难题

    喝茶多年来的人一直在这么说,在微波炉里加热的茶水就不一样了。通常,当液体被加热时,加热源,例如火炉子从下面加热容器。通过一种称为对流的过程,当朝向容器底部的液体升温时,它会变得不那么稠密,并移动到顶部,从而允许较冷的液体部分接触到源,这最终导致整个玻璃温度均匀。然而,在微波内部,充当加热源的电场无处不在。

    电子科技大学:解决微波炉中液体加热,不同于其他方式的难题

    因为整个玻璃本身也在升温,所以不会发生对流过程,容器顶部的液体最终会比底部液体热得多。来自中国电子科技大学的一组研究人员,对这种不均匀的加热行为进行了研究,并在《AIP Advances》期刊上发表提出了对这一常见问题的解决方案。通过设计沿着玻璃边缘的镀银层,研究小组能够屏蔽液体表面的微波效应。白银起到了引导波浪的作用,降低了顶部的电场,有效地阻挡了加热。

    电子科技大学:解决微波炉中液体加热,不同于其他方式的难题

    这会产生与传统方法相似的对流过程,从而产生更均匀的温度。将银放入微波炉似乎是一个危险的想法,但类似的金属结构,其几何形状经过精细调整,以避免点火,已经安全地用于微波蒸汽锅和电饭锅。研究的作者之一、电子科技大学电子科学与工程教授曾宝青(音译)表示:在仔细设计了适当大小的金属结构后,容易着火的金属边缘位于弱场强,可以完全避免着火,所以仍然是安全的。

    电子科技大学:解决微波炉中液体加热,不同于其他方式的难题

    通常认为,在加热时,由于热对流的作用,液体的流动性可以使温度场均匀,但在微波加热时则有所不同。当用微波加热时,顶部温度总是液体中最高的。研究对微波加热的水和酒精以及微波加热大米的温度分布,进行了多物理模拟和实验比较。为了使微波加热的液体温度分布均匀,采用截止波导控制微波加热,提高温度均匀性。实验结果表明,采用7 cm金属涂层的改性玻璃杯加热微波炉中的水时,水的上下温差由7.8°C降至0.5°C。

    电子科技大学:解决微波炉中液体加热,不同于其他方式的难题

    而且改性玻璃杯放置在陶瓷板中心,远离腔壁,无火花点火现象。固体不会发生对流,所以让剩菜均匀升温是一个完全不同的挑战。对于固体来说,没有简单方法来设计碗或盘子来达到更好的加热效果,可以改变场域分布,但变化很小,所以改善有限。该小组正在考虑其他方法来改善固体食品的不均匀性,但目前这些方法过于昂贵,无法实际使用。目前正集中精力与一家微波炉制造商合作,将液体微波炉配件商业化。

    电子科技大学:解决微波炉中液体加热,不同于其他方式的难题

    那么茶水可以用微波炉加热而不会受到嘲笑的未来可能不会太远了。

    博科园|研究/来自:电子科技大学

    参考期刊《AIP Advances》

    DOI: 10.1063/5.0013295

    博科园|科学、科技、科研、科普

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