作者：克里斯汀·米德尔顿

编译：纯珍

图片来源：A. Kiyama 等，Phys. Fluids 34 , 062107, 2022

热油中形成的三种充满蒸汽的气泡会产生不同的音频信号。

家庭厨师不需要依靠温度计来判断锅里的油是否足够热，可以用来做饭。相反，他们可以测试它对少量水的反应：足够热的油会迅速产生明显的气泡和可听见的噼啪声。通过对热油中的水形成气泡的音频和视频记录，Akihito Kiyama（当时在犹他州立大学）和他的合作者试图通过研究流体温度、气泡动力学和气泡产生的声音之间的关系，更好地理解和量化气泡的形成过程。

在他们最初的实验中，研究人员观察到，当湿竹筷子或纸浸入热油中时，会形成三种类型的气腔或气泡（见第一张图）。然后，他们通过将悬挂在金属丝上的 4 µm 水滴放入盛有油的烧杯中，研究每种空腔类型何时以及如何形成。热油使水蒸发并形成充满蒸汽的气泡。一个放在油面上方的麦克风记录了随后的声音。

在170–210 °C的测试温度范围内，形成的空腔类型在很大程度上与温度无关。相反，它主要取决于比率h / R，其中h是气泡形成前油中水滴的深度，R是气泡的最大半径。三种形成机制如第二张图所示。当h / R较小时（通常小于0.5）形成所谓的爆炸腔，破裂的气泡在油表面形成半球形凹痕。当h / R较大时，介于 0.5 和 1.5 之间，在表面下方形成细长的空腔；随着气泡的顶部向内塌陷，它们形成向下的射流，将气泡向下推并远离油气界面。在油的表面形成了类似的向上喷射。

图片来源：A. Kiyama 等，Phys. Fluids 34 , 062107, 2022

在下降到油的过程中，从金属丝上滑落的液滴达到了较大的h / R值。由此产生的气泡保持相对球形，并且它们的表面振动引起油气界面的振荡，从而产生小的油射流。与由保持在固定高度的液滴形成的其他空腔类型不同，振荡空腔源自移动的液滴，液滴的下落速度可能在产生这种行为中起作用。

爆炸腔和伸长腔的音频信号具有相似的基频，约为 1.4 Hz。峰值的时间表明声音主要是在空腔扩张期间产生的。这两个过程可以通过信号幅度来区分。振荡气泡的峰值频率较低，为 1.1 Hz，并且声音的产生主要由气泡的表面振荡决定。由于不同的气泡类型会在油水界面产生不同的射流和喷射液滴，因此未来可以使用录音来区分它们，从而跟踪气溶胶的产生。

文章来源：https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.1.20220627a/full/