主题：大墙国竟然没有人能懂的该如何做好一杯咖啡实在是大悲哀。 -- forger
家园 就事论事而已 前几日，我跟了个贴，因为一个cfd的同行大概讲咖啡机的入口压力极大，出口为一个大气压，中间不可能有低过一个大气压。我的贴子只是讲光刻实验室一种常用的东西，叫bernoulli chuck, 偏偏就是入口压力极大，出口为一个大气压，中间的气压低于一个大气压。我id并未出营，贴子要被审批，被毙了。一个 技术问题而已，清楚明白，bernoulli chuck有就有，没有就没有,是不是那样，也可以查。 居然被禁了。 我知道这里很多人不喜欢f君，刻意局限于技术讨论。 何必因人废事。
- 复 就事论事而已
家园 得，是我不够严谨 我不知道你说的bernoulli chuck的结构是怎样的。如果其内部有办法使当地流速大于出口流速，那么相应的压力是可以小于出口压力的。比如保持流量恒定，但是流通截面积变小，从而使流速升高，静压降低。
但是，伯努利原理要成立有两个前提，
一个是流体不可压缩，这个水是符合的。而且现在也有把伯努利原理应用于可压流体的办法。
另一个是流体的粘性阻力可以忽略不计。
这第二点对于装满咖啡粉的粉盒来说根本不可能。咖啡粉粒之间的距离完全小到流体粘性阻力不可忽略的程度，甚至其粘性阻力才是流动阻力的大头。
通俗的说，应用伯努利原理要求整个流体系统没有明显的额外阻力，是宏观尺度上的应用。F要在系统内部塞进去一大坨压实的咖啡粉，是不符合前提条件的。
F更进一步要把伯努利原理应用于咖啡颗粒内部的毛细管道，那已经是微观尺度上的问题，完全不是伯努利原理可以应用的范畴。
在工程上，工程师们使用伯努利原理大致估算柴油机引擎喷油嘴的流速，那个直径大约是1mm以下。也算是相当小了。但是喷油孔内部是精细加工过的十分规则的形状。跟完全不规则的咖啡粉颗粒之间的空隙有天壤之别。
通宝推：七天,- 复 得，是我不够严谨
家园 还是不对或者不严谨 第一，空气和水Bernoulli chuck 我都设计和应用过, 相同的的chunk,以空气做媒体比水的升力高大概5倍。不存在什么"流体不可压缩"，或者“流体可压缩”这个前提（我不明白你的意思）。 既然水和空气都能用，压缩不压缩都不是前提。
第二，Bernoulli chuck 的喷口（更准确点，jet slot）是以微米算的 （约20-100微米）， “已经是微观尺度上的问题”也不是否定的前提。
没有人懂所有的东西，Bernoulli chuck是不常见，但在光刻实验室却非罕见之物。一句“我不知道你说的bernoulli chuck的结构是怎样的”就展开猜想。怎么就那么心安理得呢?
通宝推：水随天去秋无际,家园 那就再往细里说说 你前文提到“CFD同行”，所以我默认你具有流体力学背景和相关知识。这里我要指出的是，我说的CFD是Computational Fluid Dynamics，所谓计算流体力学是也。如果你所处的行业对CFD有其他解读，咱们或许一开始就说岔了。
从你文中看，你对可压缩流体或不可压缩流体的概念表示不明白，以及否认不可压缩流体是伯努利原理的前提之一，我只好说请看相关课本或下面两个链接。
请注意它们关于假定条件的说明，以百度百科为例
1. 定常流
2. 不可压缩
3. 无摩擦
4. 流体沿流线运动
我个人认为第一和第四其实重复了，定常流中的流体肯定只沿着流线运动呀。若有露怯之处请方家指教。
维基百科更全面一些，还把伯努利原理的应用扩展到了可压缩流体，这个我前文其实提到了。对可压缩流体应用伯努利原理需要做一些修正的。
好了，这是我要说的第一点。接下来第二点我想说的是，我们讨论的焦点是Forger在咖啡机上对伯努利原理的应用。所以我都是围绕咖啡机环境展开的。
- 工质是水，
- 压力是1bar - 15bar （Forger说高压应该是9-10bar就好），
- 入口和出口之间填满了压实的咖啡粉
- 入口和出口的流体流速都很低
以上条件下的流场不符合应用伯努利原理的条件呀。好吧，那咱们就硬上。在上面的词条链接中想必你也看到伯努利方程了，鉴于咖啡机的粉盒的尺寸，咱们先忽略掉势能项。假设
- 入口压力是10bar，速度为零，
- 入口和出口面积相同（虽然我觉得入口面积比出口面积大）
- 出口压力是1 bar，那么根据伯努利原理出口速度应该是多少呢？
我计算结果是1.3米/秒，就我们日常对咖啡机粉盒出口流速的观察，可能吗？1.3m/s啊。那还不滋得满世界都是啊。
OK，我们接着硬上。我前文提到过要实现Forger说的所谓低压沸腾，压力需要在0.5到0.6bar之间，咱们就用0.6bar算吧，并且假设咖啡粉颗粒之间的距离有粉盒出口那么大，(+﹏+)~狂晕一下先，那么其当地流速要多少呢。如果取入口处的10bar压力，速度是1.4m/s；如果取出口处的1bar，速度是0.3m/s。即使是0.3m/s的速度，那也是一秒钟就窜了30cm呢，对粉盒里的水来说貌似还是快到不可能呢。
最后，回到bernoulli chuck上来。我确实不了解这个东东的内部构造，但是只要它是伯努利原理的应用就不会玩出圈去，对吧。所以你不能因为我不了解这一个设备就给我扣个“猜想”的帽子，做工程的比较忌这个。这跟指着正规科研人员说人家是民科差不多意思了。结合我上面码的那些，我觉得我的确不是在“猜想”，也确实心安理得。
本来以为你作为熟悉bernoulli chuck的河友，可以在质问之后详细介绍一下这个东东，也好弥补我知识点的不足。可惜老兄的帖子戛然而止，搞得我揣着个问号不上不下的。没办法只好求助于度娘和狗狗。一搜之下略有收获。
原来bernoulli chuck中文叫做伯努利吸盘。下面是一些网上找来的示意图
图一
外链图片需谨慎，可能会被源头改图二
外链图片需谨慎，可能会被源头改图三
外链图片需谨慎，可能会被源头改图四
外链图片需谨慎，可能会被源头改图五
外链图片需谨慎，可能会被源头改基本上这个伯努利吸盘本身在我看来是一个产生高速气流的装置，真正伯努利原理发挥作用的地方是当吸盘和要被抓取的工件（也就是图中的waffer）距离很近的时候，围绕工件的气流实现了伯努利原理。工件上表面气流速度高，压力低，工件下表面流速为零，压力为1bar。从而得以将工件抓却。本质上跟下图的学生实验一样的，
外链图片需谨慎，可能会被源头改这个过程并不是你前文所说的吸盘内部产生低于大气压的压力，而是吸盘和工件之间的压力低于大气压。所以你的喷孔尺寸什么的根本就无关么。你说你“设计和应用”伯努利吸盘，却连内部外部都分不清，我表示小小不理解。
我平时工作中接触的压力范围多在1800-2700bar，最高到3000bar，最低不低于700bar，所以对“低压”流场关注程度比较低的说。不严谨之处还请多包涵。
综上所述，我认为Forger的基于伯努利原理的低压沸腾理论是说不通的。如果老兄还是对我的观点表示不赞同，我也无能为力了。咱们各自保留意见好了，君子和而不同嘛。
- 复 那就再往细里说说
家园 我来瞎解释几句 F说的第一个减压沸腾是指压实的咖啡粉颗粒内部，由于颗粒外部的热水/蒸汽高速流动，造成了颗粒内部的减压沸腾，是个非常微观的范围。
我想买的机器号称能逐步提高水压，让咖啡粉末逐渐膨胀，从而获得额外提取。
我想应该是用85度左右的热水先浸泡，然后提高水压到9-11Bar，让粉末颗粒里的预先浸泡的水分减压沸腾，带出脂类，再和外部高压水蒸气混合，被冲出手柄。
- 复 我来瞎解释几句
家园 他这个低压沸腾理论不靠谱 还是我说的，伯努利原理在他所描述的粉盒内部不成立。至于咖啡颗粒内部就更不成立了。伯努利原理的一个重要前提就是“粘性阻力可以忽略”。无论是粉盒内颗粒与颗粒之间还是颗粒内部的空隙，对于水这种工质来说粘性阻力都是不可忽略的。
虽然我因为对伯努利原理行文不清被liaodaog拍了一顿
，但是伯努利原理不适用于咖啡机粉盒内流动和低压沸腾理论不成立的结论我认为仍然成立。最近由于这个帖子使我对咖啡制取产生了兴趣，找了两三本书正看着。至今为止，没有任何人提到过所谓低压沸腾或高速流动一说。相反，我看到的说法是percolation，就是渗流。就我粗略的网络搜索结果，只看到一点水力学中关于土层渗流的介绍，其中跟伯努利原理沾边的是达利定理，用于评估土层渗流的压力。但是达利定理的前提中有一条是流速很低可以忽略。在达利定理的表达式中就没有速度项。
关于espresso，我目前的理解其重点就是让85-90度的热水，在9-10bar的压力下，在20-30秒钟时间内通过粉盒。温度不能过高也不能过低，压力不能过高也不能过低，时间同样不能太短也不能太长。在这个过程中热水溶解和乳化咖啡所含有的芳香成分，油脂和胶质。而不是让热水事先浸泡咖啡粉。那就成了“泡”咖啡了，就像我们泡茶一样，所谓“macelation”方法。这种做法在地中海一带挺流行，以“turkey coffee”为代表。具体做法是把研磨得极细的咖啡粉放在壶里，加热至水沸腾三次，然后静置，待咖啡粉全部沉淀到壶底部，取其余液体饮用。跟泡茶很像吧。法压壶的玩法似乎也是类似的路数。
等我看完了全部这几本书，我再开个帖子跟forger讨论。
家园 我怎么觉得水这种介质恰恰可以“忽略粘性阻力” 水几乎是粘性阻力最小的东西了吧？
咖啡里油脂的粘性相当大，但是总量很少，且被分散在流动的水中，所以油脂的粘性也可以忽略。
我所说的事先浸泡当然不是那么绝对和静态。
就是开始压力，流速都低一些，浸一下而已。0.1-2秒而已，然后压力和流速逐渐上升，粉末颗粒里的水分沸腾。
比直接用高压，高流速的热水效果好些，因为颗粒里面有已经有水了，是由内至外的沸腾。是个非常快的动态过程。
现在想想是不是低压沸腾也不重要。就是压力要够，不然不能把那些油脂冲带出来。
同时温度不能太高，不能把咖啡因也带出来。
具体过程是毛细和伯努利方程相关的低压沸腾，还是动态的加压浸泡也不那么重要了。
家园 就咖啡粉末颗粒之间的空隙而言，水的粘性阻力不可忽略 按照我现在的理解，装满咖啡粉末的粉盒在制取咖啡过程中没有高速水流存在。按照达西定理的说法，流速小到可以忽略。
按照沸腾来说，压力越高沸点越高。forger的意思是想说，按照伯努利原理入口处的高压低流速在粉盒内变成产生低压高流速，从而引起水分沸腾。但我的意见是这个说法不成立。
这里面存在争议的有两点：
第一：伯努利原理是否可以应用到粉盒内部的咖啡制取过程。forger说可以，我认为不可以。
第二：在咖啡颗粒之间的空隙里，是否有高速流动发生。forger认为有，我认为没有。
我目前还没看完手头的书，不好说能够完整的回答这个问题。但是我看的越多越认为forger的说法是错误的。起码书中“渗流”的提法就不像是要跟高速流动扯上关系的意思。
如果老兄有兴趣，我推荐你看看
其中的内容基本是著名的Illy关于咖啡的专著《Espresso coffee : the science of quality》的网页版本，而且是得到原著授权的。
我最近刚看完的是Illy的书《the book of coffee》。上面链接的书的印刷版还在图书馆跨馆借阅的路上。另一本有名的《everything but espresso》（作者是Scott Rao）刚提交借阅申请，也需要从外地图书馆运过来。
- 复 那就再往细里说说
家园 那好吧，我们就较真的来计算一下 首先呢，你没有仔细看我的帖子，我写过理论上85度就能做到沸腾，但压力要超过10Bar到13-14bar才行。
10bar对应的温度是91度，（咖啡因水溶性拐点的温度）这样的温度下，水对应的沸腾压力应该是0.7-0.8bar左右
其次，你知道从冲煮头里面的热水通道的横截面有多大吗？很细的，也就1-2MM粗细，我们按大的算，横截面算4平方毫米，也就是0.04平方厘米,如果我们计算出口的流速是30cm/s，最后流出来的体积是30ml，也就是30立方厘米，计算一下，OK,25秒流完，一般espresso的完美萃取时间比这稍多一点，28-30秒。也就是流的比这个快一点点。
考虑到最前面说的原因，那么，您的计算，和我看的书里的讲法应该是基本一致的。
所以，可以说您的较真是在为我所说的一切背书，多谢支持了。
家园 No No No 我那个计算是假设伯努利原理在粉饼中发挥作用。而且取出口处流速为零，压力为1bar。如果要按你说的25秒流完，30cm/s的出口流速，那内部低压区的流速要更高才行。如果我没搞错的话，大约需要8.95m/s! 是30cm/s流速的将近30倍！OMG
不过貌似我的伯努利原理是应用于粉盒内部假设是基于对你原文的错误理解，所以前面那坨计算属于无本之木。全都不算数啦
我重新在顶楼回了一帖，希望搞搞清除细节。有空的话，你看一下。
