IM 2.02 Граничное условие без проскальзывания

Предпросмотр

Вы когда-нибудь замечали, что потолочные вентиляторы могут собирать пыль, даже если их лопасти быстро вращаются? Вы могли подумать, что пыль просто сдует. Или вы когда-нибудь задумывались о следе, создаваемом лодкой, несущейся по озеру? Эти ситуации иллюстрируют закон в физике, известный как граничное условие прилипания (NSBC). Этот закон гласит, что скорость жидкости, текущей по поверхности, равна нулю на самой поверхности. Другими словами, частицы жидкости будут прилипать к стенкам (или границам) твердого тела. Вот почему за лодкой образуется след. Молекулы воды, которые соприкасаются с лодкой, движутся с той же скоростью, что и лодка, и молекулы воды сильно притягиваются друг к другу; это приводит к тому, что часть воды буксируется вместе с лодкой.

Если скорость жидкости у поверхности частицы равна нулю, то единственный способ, которым молекулы ароматизатора могут покинуть частицу, - это диффундировать через этот пограничный слой. Поскольку диффузия - такой медленный процесс, скорость извлечения с поверхности очень низкая. Если жидкость движется дальше от поверхности частицы, молекулы ароматизатора могут быть унесены движением жидкости. Этот процесс называется « Когда тело жидкости перемещает частицы с помощью сил, не связанных с диффузией». Движение обычно горизонтальное, например, река смывает загрязняющие вещества вниз по течению. "class =" glossaryLink "target =" _ self "> advection.

Удивительно, но NSBC по-прежнему иногда является фактором, даже когда кажется, что в суспензии происходит огромное количество перемешивания - например, когда поток из чайника очень быстро течет из разливочного чайника и устремляется в кофейную подушку. Этот вид высокоскоростного потока может быть «ламинарным», когда молекулы движутся по прямым линиям (см. Левый рисунок ниже). В ламинарном потоке пограничный слой может быть относительно большим, что означает, что молекулы должны диффундировать на большее расстояние, чтобы покинуть шлифованную поверхность. Турбулентные потоки образуют водовороты или обратные токи (правый рисунок ниже), которые могут проникать через пограничный слой и уносить молекулы ароматизатора, увеличивая скорость извлечения. По той же причине гидромассажные ванны, которые мы обсуждали в Уроке 1.05, неэффективны для перемешивания кофейной суспензии ; они не производят водоворотов, необходимых для преодоления NSBC.

Ламинарный поток (слева). Турбулентный поток (справа).

Профессор Стивен Эбботт объясняет: «Единственный способ для этих [больших и трудно растворяемых ] молекул убежать - это создать турбулентный поток, приближающийся как можно ближе к границе сопротивления скольжению».

В этом коротком видео капля чернил наносится на стенку стеклянного контейнера, а вода движется в водовороте (то есть в среде без турбулентности ). Чернила остаются на стене до тех пор, пока кто-нибудь не воспользуется лопастью, чтобы создать достаточно турбулентности, чтобы смыть чернила.

Из-за эффекта NSBC все методы заваривания иммерсией требуют некоторого перемешивания. Без перемешивания приготовление иммерсионного пива просто занимает слишком много времени, и оно, как правило, недоэкстрагируется. Без турбулентного потока, вызванного перемешиванием суспензии , молекулы воды, ответственные за экстракцию кофейных ароматизаторов, не могут преодолеть граничное условие отсутствия проскальзывания, а молекулы ароматизатора могут уходить в воду только посредством диффузии . Для некоторых молекул ароматизатора, которые больше и менее растворимы, таких как горькие псевдотанины в кофе, это медленный процесс.

 

Растворимость и вкус

По данным Северини и др. (2015), высокорастворимые соединения в кофе, такие как кофеин, сахар и органические кислоты, экстрагируются очень скоро после того, как вода выливается на молотый кофе, достигая уровня более 90% в первые несколько секунд экстракции эспрессо . Различия в растворимости веществ, обнаруженных в обжаренном кофе, объясняют, почему в недоэкстрагированном кофе могут преобладать ароматы, связанные со сладким и очень кислым профилем ( Mestdagh, Glabasnia, and Giuliano, 2016 ).

Менее растворимые соединения извлекаются только по прошествии некоторого времени (или после того, как определенный объем воды пройдет через кофейный слой в случае капельного кофе или эспрессо). Среди этих менее растворимых соединений некоторые вещества с горьким или вяжущим вкусом, такие как фенилинданы , связаны с избыточной экстракцией. Поскольку они извлекаются почти непрерывно на протяжении всего процесса пивоварения, считается, что они вносят больший вклад в профиль вкуса очень длительных экстрактов ( Mestdagh, Glabasnia, and Giuliano, 2016 ). Более растворимые соединения, такие как кофеин или лимонная кислота, почти полностью экстрагируются на ранних этапах процесса пивоварения.

«Избыточная экстракция способствует извлечению менее растворимых горьких и вяжущих соединений. Как следствие, соотношение между ранее извлеченными кислотами или сахарами и горькими лактонами и инданами будет меняться со временем, что нарушает баланс сенсорного профиля. Он будет переходить от сладко-кислого к более горьковато-резкому и вяжущему ». (Местдаг, Глабасния и Джулиано, 2016 г.)

 

Вернуться к: Иммерсия > Добыча

Оставить комментарий

Вы успешно подписались!