科技日报记者 马爱平

 

洗碗机曾是舶来品,遭遇了较长时间的水土不服。但根据奥维云网数据显示,2021年全年洗碗机市场零售额为99.6亿元,同比增长14.4%。在这个过程中,中国企业自强自立,攻克技术难题,推动成果转化,贡献了“中国方案”。

 

攻克“蒸蛋碗”清洗难题

 

洗碗机虽然是从西方传到中国,但是由于东西方饮食文化的区别,沿用西方的技术路线,并不能很好地清洗干净中式餐具。

 

“为了能够达到更好的清洗效果,中国人要走自主研发的道路,打造出更好的设计方案。”中国科学院力学研究所实验室主任郭亮博士表示,在大部分洗碗机品牌还处在纯水洗阶段时,中国企业率先对洗碗机核心清洗技术进行创新,以高能气泡洗技术打破洗碗机行业的清洗机理,引领行业进入气泡洗的时代。

 

方太研发工程师郑峰举例,比如重庆牛油火锅里的重油污,牛油的熔点较高,容易凝固,需要较高的清洗温度和力度配合洗涤剂才能清洗干净。

 

而对于蒸鸡蛋羹来说,一般蒸的温度在90℃以上,远超过了鸡蛋的凝固点,在该温度下,鸡蛋白和蛋清凝固变性,粘性增加,与餐具表面形成了很强的附着力,特别是蒸蛋与碗交界的一圈,由于相对而言温度较高、高温时间长、水分较少,就更难清洗了。

 

“当前,方太洗碗机的清洁指数已达到1.21,超过国家标准的1.12。为了进一步突破更加全面和极致的‘中式重油污’清洗场景,我们联合了中国科学院力学研究所持续对洗碗技术进行迭代优化。”郑峰表示。

 

 

研发新一代洗碗技术“高能气泡洗”

 

“我们发现潜艇清洗技术能将附着在潜艇表面的极难处理的海洋生物(例如藤壶)剥离清洗,可想而知其清洗能力是非常夸张的,着眼于此,我们对其进行了探究,发现它的核心本质是水 气的混动清洗。”郑峰介绍说。

 

研发人员从中获得灵感,通过直驱系统为水流定量补气,形成局部低于0.15KPa的负压,配合间隙30m/s的高速水流,形成空化射流,速度较普通水流高出20%。除此之外,水流中的高能气泡炸裂,形成冲击波式扩散,对碗盘展开2.7倍于纯水的冲击覆盖。数千亿计的刚性空泡爆裂,带来强大的微射流冲击力,最高时速可达180m/s,堪比普通手枪子弹出膛的初始速度。

“这项技术属于首创,我们创造性的将水 气混动清洗的模式运用到了洗碗机领域,创造出了特有的高能气泡洗清洗技术,极大地增强了洗碗机的清洗能力。”郑峰说。

 

水槽洗碗机最初是使用超声波对果蔬进行清洗,这是一种用水浸没被清洗物的清洗方式,假如用于洗碗碟的话,就非常浪费水。于是,研发人员思考如何在喷淋的水中也有这种清洗效果,通过跨领域清洗技术的探究和应用转化,创造性地把水与气相结合形成了高能气泡洗技术,用于碗碟和果蔬的清洗。

 

 

从火箭发射器结构中获得灵感

 

3月16日,方太集团与中国科学院力学研究所联合发布新一代洗碗机技术高能气泡洗暨《气液混合非定常流管道多参数优化设计与模拟》课题成果,首次将航天工程思想和数字孪生技术,应用于洗碗机喷淋结构及水流系统中。

 

航天领域是中国科学院力学研究所多年来科研的重点方向,在研发过程中,课题带头人郭亮关注到目前火箭全都在应用的拉瓦尔喷管,与洗碗机喷淋臂结构非常相似。

“我们在航天领域经常打交道的是气体,洗碗机里面是液体,两者在力学中统称为‘流体’。所以,我们就想从航天里面找灵感,看看能不能通过航天中已有的技术,嫁接到洗碗机中。”郭亮解释说,“火箭发动机的拉瓦尔喷管结构如果放到液体中,刚好能够起到一个促进空化泡产生的效果,经过反复的计算和模拟,我们给出了一个具体的设计方案,通过实验可以发现,空化效果提升了一倍以上。”

 

洗碗机喷嘴结构设计是一个系统工程,既要考虑水流的压力,也要考虑与空气的混合比例,还要考虑在多个喷嘴(17个)的情况下,相互影响的效果。如果一点一点做实验,打样,测效果,工作量太大,而且无法得到“最优解”。

面对洗碗机内部的复杂结构,天舟空间站所运用的数字孪生技术,也被用于仿真模拟洗碗机喷嘴的流道设计和布局,计算出“水流压力 水汽混合 17个喷嘴流道角度”的最佳匹配公式,一举攻克洗碗机结构升级难题,实现最佳清洗效果。 

 

 

坚持自主创新书写“中国方案”

 

2021年9月,方太集团与中国科学院力学研究所达成深度合作意向。中科院力学研究所应用前沿科学技术,与方太洗碗机产品线进行联合课题研究,针对业已引领洗碗机技术潮流的高能气泡洗技术,做进一步的提升。

 

在合作中,郭亮感受最深的是,想用前沿科技的理论和先进的算法来指导工程实践,尤其是产品的优化,是相当有难度的一件事。在做科研的过程中,只需要考虑最理想的实现方式即可,科研人的优势是超强的计算能力和深厚的理论基础;而企业工程师团队更多的是从产品实际出发来考虑问题,同时关注尺寸、功率、成本等约束条件,他们的优势在于多年丰富的实战经验。

 

“在我们双方人员合作初期,看问题的角度完全不同,思考问题的方法也不一样。但是,经过了一段时间的磨合,我们找到了相互协作的平衡点,能够让我们把自己最擅长的优势赋能到实际的产品开发中,给出行之有效的解决问题方法,实现了产品的迭代和升级,达到了预期的目标。这对于我本人和团队来说,都是一次难得的理论与实践相结合的机会。”郭亮深有感触地说。

 

“将论文写到祖国大地上。”郭亮希望今后有机会参与到更多民用产品的研发设计中去。

 

(受访者供图)

 

编辑:王宇

 

审核:岳靓