日常热现象:一锅沸腾的水
烹饪就是把热量传递至食材,让食材更易消化、口感更佳的方法。下面我们用热成像视角来观察一锅沸腾的水。烧水是烹饪当中十分常见的操作。
我们借这个日常热现象案例,了解三种传热方式:传导、对流和辐射。
借助热像仪,我们来拆解烧水的每一个步骤。热像仪输出彩色图像,不同颜色代表不同温度。该热成像色标中,深蓝色代表最低温,依次过渡到绿色、黄色、橙色、红色,白色代表最高温。这是一只空铝锅,我们接下来会往里面加水。锅放置在厨房的玻璃面板电炉上。我们以此作为观测基准。
请注意,此时尚未加水,也未开灶,但画面中已经可以看到若干热点。热像仪会根据拍摄到的温度自动调整显示色阶,可以看出这些物体之间的温差并不大。遗憾的是,热像仪保存图片时不会附带完整色标,每张图片的色标仅对应成像瞬间的完整色阶。
电炉还未开启,这些热点从何而来?
接下来看还未被加热的锅体上的两处亮斑。亮黄色的光斑实际是厨房窗户入射的光和热形成的反射。那个黄绿色光斑又是什么? 那就是热反射现象。热能可以发生辐射,其行为特性与光线类似。光亮的表面(比如光亮的锅体)会反射热辐射。
下一组图中,电炉已经通电并产生热量。左侧图可以看到我们站立位置形成的绿色热反射光斑,但在右侧图中,我们用厚布遮挡,避免人体热辐射经由锅面反射回热像仪。可以看到,右侧锅体图像中,中间那一块绿色光斑已经消失。
水开始沸腾后,大量水汽不再仅在锅内翻腾,而是向上升腾,逸出锅外。通常会形成一股向上的中心羽流,但气流形态变化难以预判。自然对流受周边环境条件影响极大。环境空气的微小变化就会显著改变蒸汽中心羽流的运动状态。