美国人用微波炉泡茶的习惯常常被视为异端，不过认真地说，用微波炉加热液体确实会受热不均。近日，电子科技大学曾葆青教授团队在 AIP Advances 杂志发文，对这一问题进行分析，并提出了解决方案。
图片来源：Baoqing Zeng
来源 American Institute of Physics
翻译 张元一
编辑 戚译引
喝茶爱好者之间多年来流传着一个说法：用微波炉加热过的水就是不一样的。
通常情况下，当液体被加热时，加热源（例如炉子）从底部加热容器。通过对流的过程，当容器底部的液体温度升高时，它的密度降低并移动到顶部，从而使液体中较冷的部分接触到热源。最终整个玻璃杯中的温度变得均匀。
然而，在微波炉内，作为热源的电场无处不在。因为玻璃杯本身也在整体升温，对流过程不会发生，最终容器顶部的液体会比底部的液体热得多。
中国电子科技大学的一个研究小组对这种不均匀加热的行为进行了研究，并提出了解决这一常见问题的方案，相关论文在美国物理联合会出版社（AIP Publishing）出版的AIP Advances 杂志发表。
研究团队设计了一个沿着玻璃边缘的银质镀层，能够屏蔽液体顶部表面受微波的影响。银作为波的向导，减少了顶部的电场，有效地阻止了加热。这就产生了一个与传统方法类似的对流过程，从而使温度更加均匀。
把银放在微波炉里似乎是很危险的想法，但是有着类似精细的几何结构的金属，已经安全地用于微波蒸汽锅和微波炉煮饭器，来避免着火。
论文作者之一、电子科技大学电子科学与工程教授曾葆青说：“通过精心设计合适尺寸的金属结构后，容易着火的金属边缘处于弱场强位置，完全可以避免着火，所以还是安全的。”
而固体不会发生对流现象，所以让剩菜均匀加热是一个完全不同的挑战。
“对于固体而言，并没有简单的方法来设计一个碗或盘子，就能达到明显更好的加热效果，”曾葆青教授说，“我们可以改变磁场分布，但变化很小，实际效果是有限的。”
该研究小组正在考虑其他方法来改善固体食品的加热不均匀问题，但目前这些方法在实际应用中代价过于昂贵。目前，他们正致力于与一家微波炉制造商合作，将设计的针对液体的微波炉配件商业化。
原文链接：
/pub_releases/-08/aiop-tpw080320.php
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论文信息
【标题】Multiphysics analysis for unusual heat convection in microwave heating liquid
【作者】Peiyang Zhao, Weiwei Gan, Chuanqi Feng, Zhongxing Qu, Jianlong Liu, Zhe Wu, Yubin Gong, and Baoqing Zen
【期刊】AIP Advances
【时间】04 August
【DOI】10.1063/5.0013295
【链接】/doi/10.1063/5.0013295
【摘要】Usually, the fluidity of liquids is considered to make the temperature field uniform, when it is heated, because of the heat convection, but there is something different when microwave heating. The temperature of the top is always the highest in the liquid when heated by microwaves. In this paper, the multiphysics simulation and experimental comparison of the temperature distribution of microwave heated water and alcohol and microwave reheated rice are performed. In order to make the temperature distribution of liquids heated by microwaves uniform, the cut-off waveguide is used to control microwave heating and improve the temperature uniformity. The experimental results show that when the modified glass cup with 7 cm metal coating is used to heat water in a microwave oven, the temperature difference between the upper and lower parts of the water is reduced from 7.8 °C to 0.5 °C. The modified glass cup is placed in the center of the ceramic plate, far away from the cavity wall, and there is no spark ignition.
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