request-free-img

在滤杯内径为6cm,咖啡粉层高度3cm,92摄氏度水浇注流速为5g每秒,计算出雷诺指数

A:雷诺指数是指不定期内流体作用下,惯性流动力与黏性流动力的相对强度,其计算公式为:

Re = ρvd/μ

其中,ρ是液体的密度,v是水流速度,d是流管内径,μ是液体的黏度。

根据题目,已知内径d=6cm,水流速度v=5g/s,要计算雷诺指数,需要知道液体密度和黏度。

一般地,水在20℃下的密度ρ≈1000kg/m³,1m³=1000000cm³,所以1cm³的水质量是ρ=1g。

根据咖啡师协会SCA规范,研磨好的咖啡粉应该设置一个粉层在水面上的高度,一般为1.5~2倍过滤器的内径大小。此题中咖啡粉层高度为3cm,即0.03m。

按照可压缩介质的方式考虑,计算液体的平均密度,算式如下:

ρ = (Dp * ρp + Df * ρf) / (Dp + Df)

其中,Dp是粉层深度,ρp是咖啡粉末的密度,Df是水层深度,ρf是水的密度。

在此题条件下,咖啡粉层深度为3cm,粉末的密度一般为0.3~0.8g/cm³,可以取0.5g/cm³。水层深度应该是滤头下方到水平面的垂直距离,需要题目中给出或者可以估算,此处假设为12cm。按照上述公式,可以计算出液体平均密度为:

ρ = (0.03*0.5 + 0.12*1)/0.15 = 0.76667 g/cm³

将已知量代入公式,可以计算出雷诺数为:

Re = (0.76667g/cm³ * 5g/s * 6cm) / [(0.001g/cm/s) * π * (6cm)² / 4] ≈ 109.7

经过计算,可以得到雷诺数约为109.7,根据雷诺数的大小可以判断滤杯出现的流动状态类型。一般来说:

– 当Re<1时,流场为层流,即水滴基本不发生混合,所以很容易遇到被烘焙得不够深的咖啡产生的衣服口感。 - 当12300时,流场为湍流,即水滴与空气清混合最充分,这种情况下产生的咖啡味道浓烈。由于计算结果约为109,属于过渡流类别,在制作滤镜手冲咖啡时,可以适量用力搅拌,但不要用过量的力量手臂撕扯,以免使湍流发生过度过渡导致酸味过重。