有时，当您烤蛋糕时，就不会发现您的期望。部分原因是由于烘焙过程中发生的基本热量和传质现象，这会影响最终结果。借助ComsolMultiphysics®软件之类的工具，您可以研究和预测这些机制如何工作，并使用这些知识来烘烤更好的蛋糕。
烤蛋糕的艺术和科学
烘焙不仅旨在加热产品，例如蛋糕，而且还促使食谱成分的生化反应。干燥和湿成分的组合产生了一种使蛋糕柔韧性的混合物，从而使其可以膨胀，同时仍将混合物放在一起。
蛋糕糊烘烤在烤箱中（左）和成品蛋糕（正确的）。
尽管确保适量的每种成分对此对此很重要，但也是考虑热量和的关键传质在烘焙过程中发生的现象。这些基本机制可能会对蛋糕的温度和湿润以及膨胀程度产生很大的影响。反过来，这会影响烘焙良好的整体质量和味道。
为了更好地理解和预测蛋糕烘烤期间的热量和传播现象，一支研究人员创建了一个使用Comsol多物理学的数值模型，并进行了一系列的模拟研究。这是他们发现的东西。
在蛋糕烘烤期间对热量和传质现象进行建模
为了分析，研究人员创建了一个2D轴对称模型。假定该培养基是可变形和多孔的，包含三个阶段：
- 固体（面糊）
- 液体（水）
- 气（蒸气和CO的组合2）
为了解决这个问题，解决了五个耦合部分微分方程的系统。分析中包含的五个变量是：
- 温度
- 水分含量
- 总气压
- 孔隙率
- 移位
为了预测面糊的肿胀（由于总气压增加的结果），研究人员使用了结构力学模块的粘弹性模型，这是Comsol多物理学的附加产品。
蛋糕烘烤期间发生的身体现象。R.Cutté，P。LeBideau，P。Glouannec和J.F. Le Page的图片乐动滚球app下载Comsol会议2016慕尼黑演讲。
作为验证模型的一种手段，研究人员进行了一系列实验测试。这些实验包括在烤箱中烘烤蛋糕18分钟，地板壁温度为175ºC，顶壁温度为195ºC。设置中使用的仪器提供了有关面糊的热和水分含量以及边界条件的信息。使用相机来跟踪蛋糕的肿胀。
在模拟分析中，研究人员以三个不同的间隔绘制了蛋糕中的温度和水分含量：
- 初始状态
- 烘焙过程中途
- 最终状态
下面的图描绘了每个实例的结果，还显示了蛋糕的肿胀。这些结果表明，蒸发态敏感现象会导致蛋糕核心（Crumb）的水含量增加。另一方面，水含量在蛋糕的表面（地壳）下降。正如在其他烘焙过程中观察到的那样，这种物理现象有助于形成大型水分含量梯度。这些梯度在孔隙和热，水和机械性能之间产生异质性。这种异质特性由加热模式进一步驱动。
蛋糕内部的温度和水分含量在不同的时间间隔。R.Cutté，P。LeBideau，P。Glouannec和J.F. Le Page的图片乐动滚球app下载Comsol会议2016慕尼黑摘要。
将这些仿真结果与实验结果进行比较时，在温度，质量损失和全局变形方面存在一致。请注意，由于使用的模型，在这种情况下不考虑扩展减少效果。但是，有计划通过在未来测试其他机械构成法来改善这一点。为了使模型更加准确，研究人员还计划添加与三个物种（Water，Co2和空气）到模型；实施反应动力学；并预测蛋糕的褐色。
蛋糕内温度（左）和水分含量（右）的仿真结果和实验发现。R.Cutté，P。LeBideau，P。Glouannec和J.F. Le Page的图像，取自他们的乐动滚球app下载Comsol会议2016慕尼黑海报。
左：蛋糕肿胀的仿真结果和实验结果。右：最终变形的网格划分与真实几何形状之间的比较。R.Cutté，P。LeBideau，P。Glouannec和J.F. Le Page的图像，取自其Comsol会议2016慕尼黑介绍。乐动滚球app下载
通过模拟更好地了解蛋糕烘烤的基本机制
烤蛋糕不仅仅是一种艺术。这是一门科学。使用comsol多物理学，您可以创建一个简单但现实的模型来描述这一复杂过程，特别是涉及的传热和传播现象。该模型产生的结果可以更好地了解整个蛋糕烘烤过程。
- 看看Comsol会议演讲：“”乐动滚球app下载用于预测蛋糕烘烤期间热量和传质现象的数值模型“
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