一分钟内就能冰镇啤酒的机器内部

如何能在一分钟内将温热的啤酒变成冰镇啤酒？一家初创公司开发出一种巧妙的小玩意儿，可以做到这一点，既节省能源，又避免聚会时的尴尬。制造商 Enviro-Cool 声称，使用 V-Tex 按需制冷可以为零售商节省每台冰箱每年 1000 欧元，当然也有助于保持地球凉爽。那么，该设备究竟是如何工作的呢？

媒体报道称该设备为“反向微波炉”，但物理学家们对这一类比并不感冒。不幸的是，你不能简单地将微波炉的接线反向，然后从物体上吸取热量。

事实上，尽管“兰金涡旋”的宣传噱头十足，但这种装置在某些方面却非常平淡无奇：饮料的快速冷却是通过将饮料与冷的东西接触来实现的。然而，有一个转折：这里有趣的科学是流体动力学，而不是热力学。

棘手的寒冷

用微波炉加热食物很容易，但为什么冷却却如此困难？物体的温度本质上是衡量其能量的指标。较热的物体比较冷的物体拥有更多的能量。冷却之所以困难，是因为诱导物体内部的原子释放能量是一件棘手的事情。

如果你想随心所欲地冷却某种材料，你需要非常谨慎地选择材料。气体是理想的材料：气体可以通过压缩加热（这就是为什么自行车打气筒在使用后摸起来很热的原因），或者相反，通过膨胀冷却（这就是为什么气雾罐中快速膨胀的气体摸起来很凉的原因）。

没有气体食物，固体或液体更难冷却。唯一简单的选择是将它们与冷的东西接触。

当然，冰箱的工作原理是这样的：在一系列管道中压缩和膨胀气体，使它们变冷。然后这些管道冷却冰箱中的空气，进而冷却食物。这个过程的问题是空气和食物的导热性非常差，因此热量需要很长时间才能从食物中流出，通过空气进入冷管，然后从冰箱后部排出，使厨房变暖。

因此，为了加快冷却速度，我们需要另一种介质来传输热量。这是 V-Tex 不同于普通冰箱的第一个方面：它使用水来传输被冷却饮料的热量。但水比空气更有效，因此你会遇到另一个问题。如果过快地从鸡肉中吸走热量，鸡皮会在内部开始冷却之前就被冻住——这与典型的烧烤灾难相反，在过高的温度下烹饪的食物外面会烤焦，但里面还是生的。对于饮料来说，不均匀的冷却会在外部形成一层冰，而核心是高浓度的粘稠糖浆，或者会在无意中形成半冻的白苏维浓葡萄酒冰沙。

对于固体物体，从昨晚烤的意大利面到移植的器官，故事到此结束：如果你想避免冻结，你只需要更小心地冷却它。但对于液体，你还有另一种选择：搅动液体，使整个体积均匀地暴露在寒冷中。

扭曲的问题

然而，许多常见饮料还存在另一个问题。从百事可乐到普洛赛克，碳酸饮料中的气泡都来自溶解在液体中的二氧化碳。二氧化碳会想方设法逃逸，而这些借口就是“成核点”，促使气泡形成：从曼妥思表面的小坑到液体本身的扰动。这就是为什么你不能简单地摇一摇就冷却：如果你曾经在操场上用摇晃过的可乐瓶玩过恶作剧，或者看过香槟从一级方程式赛车领奖台上喷洒出来，你就会知道搅动含有溶解气体的液体会产生泡腾的后果。

这就是为什么 V-Tex 设计师必须想出一种巧妙的方法来均匀冷却起泡液体。解决方案是旋转、摆动摇晃，然后再次旋转。这样可以形成一个流畅的涡流，而不会产生可能引发气泡形成的压力波。细节很少（专利涵盖了其背后细致的编排），但该网站确实提到了“兰金涡流”的反复产生和破坏，这是流体可以流畅旋转的一种方式。

该装置不是反向微波：它的快速冷却只适用于液体，并且容器的热传导会产生显著的差异（他们声称 500 毫升的金属罐可以在 50 秒内冷却，而等效的玻璃瓶则需要 6 分钟）。

媒体错过了一个更好的故事：在 V-Tex 中，你的饮料被快速移动的机械臂搅拌，而不是摇晃（在冰水箱中）。让整个组件透明，并加入一些 LED，更像原型，等待你的汽水冒泡的短暂时间会揭示一些很酷的物理原理。

安德鲁·斯蒂尔 (Andrew Steele) 不为任何将受益于本文的公司或组织工作，不为其提供咨询，不拥有其股份，也未从其获得资金，并且与任何相关组织均无关联。

本文最初发表于 The Conversation。阅读原文。