每个摊煎饼的大妈,都是隐藏的流体力学专家

作者: Helena

来源: 科研圈

发布日期: 2019-07-07 10:18:20

两位物理学家通过数学建模找到了摊出一张好煎饼的方法,并发表了相关论文。他们研究了面糊在平底锅中的流动和成形过程,提出了两种优化方法来提高煎饼的均匀性。

每一张形状正圆、厚薄均匀、没有破洞的煎饼,都凝聚了制作者对面糊流体力学的深入理解。最近,两位物理学家通过数学建模,找到了摊出一张好煎饼的方法,并将这些发现写进了论文中。

煎饼果子是许多中国人喜爱的点心,法国人也对“法式煎饼”可丽饼爱得深沉。人们热衷于按自己的口味给煎饼加上各种丰富的配料,但是好吃的煎饼一定有一个共同的特点:厚薄均匀、火候恰到好处、没有破洞。说起来容易做起来难。别看楼下卖早餐的大妈两分钟摊一张漂亮的饼,如果自己上手做,多半会发现——咦怎么不是圆的?怎么这里这么厚?怎么翻个面就破了?

为了做出完美的煎饼,法国巴黎综合理工学院的爱德华·布卓和新西兰坎特伯雷大学的马修·塞利尔研究了一番,终于找到了其中的奥义,顺手在Physical Review Fluids发了篇论文。

把煎饼摊匀有多难?摊煎饼方法可以简单分为两大流派:用推子之类的工具把面糊快速推开,或转动平底锅让面糊自己摊开。或许是想让大多数非专业人士做起来更简单,两位作者把目光聚焦在了第二种方法上。

作为流体力学领域的科学家,塞利尔和班卓决心从这一物理特性入手,利用数学建模计算,模拟了已成型的煎饼与还在流动的残余面糊在受热容器中的相互作用。他们尝试了两种方法,第一种是将面糊表面运动采用参数化的谐波方程描述,并采用蒙特卡洛方法“暴力求解”,找出最优的参数组合。

第二种方法是一种叫做伴随优化的数学算法:将面糊最终形态作为目标函数,对面糊施加作用力而导致的运动被描述为一系列偏微分方程,以提供约束条件,在此基础上对目标函数进行优化,寻找使面糊均匀平坦的最优路径和方法。

总而言之,在充分比较了非控制组、协调方程-蒙特卡洛解法以及伴随优化求解法的最终结果后,研究人员找到了一个实用的摊煎饼方法:将摊一张饼所需的面糊一次性倒入平底锅,然后迅速将锅倾斜一个角度;面糊会流向锅的边缘,接着顺时针或逆时针将锅转动一到两圈,使未凝固的面糊自然流动、成形。根据伴随优化算法,随着面糊逐渐受热凝固,平底锅的倾角应该逐渐减小,转动速度也要放慢。

在理想情况下,当倾角减小到零,也就是锅处于水平位置的时候,面糊刚好完全覆盖锅底。需要注意的是,一定要始终沿着同一个方向转动锅,切忌在转动过程中变换方向。

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